Полосовые спектрально-временные параметры шумов форсированного выдоха при бронхиальной обструкции. Связь со свистящими звуками

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На экспериментальной выборке, включавшей больных с бронхиальной обструкцией (бронхиальная астма и ХОБЛ, n = 36) и здоровых бессимптомных лиц с нормальной функцией легких (n = 39), проведено сравнительное исследование полосовых спектрально-временных параметров трахеальных шумов форсированного выдоха (ФВ) и количественная оценка свистов ФВ. Цифровая обработка сигналов трахеальных шумов осуществлялась в программе MATLAB автоматически с помощью специально разработанного алгоритма. Анализируемые акустические полосовые параметры представляют собой временные и спектральные характеристики, в нескольких (от 2-х до 6) объединенных 200-герцовых полосах, с разделением на средне- (СЧ) (200–800 Гц) и высокочастотные (ВЧ) (800–2000 Гц) области в диапазоне 200–2000 Гц, а также их соотношения. Свисты ФВ распознавались опытным оператором на спектрограммах в аудиоредакторе SpectraPLUS. Выявлено существенное преобладание значений высокочастотных полосовых энергетических параметров трахеальных шумов и соотношений энергий и мощностей ВЧ- и СЧ-диапазонов у больных с обструктивными заболеваниями легких в сравнении со здоровым контролем. Количество свистящих звуков было бо́льшим у больных и умеренно коррелировало с акустическими параметрами. Перераспределение акустической энергии в область высоких частот вероятно связано с патофизиологическим базисом бронхиальной обструкции – сужением проводящих дыхательных путей и ростом сопротивления воздушному потоку.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Почекутова

ФГБУН Тихоокеанский океанологический институт имени В.И. Ильичева ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: i-poch@poi.dvo.ru

Department of Acoustic Tomography

Россия, Владивосток

М. А. Сафронова

ФГБУН Тихоокеанский океанологический институт имени В.И. Ильичева ДВО РАН

Email: i-poch@poi.dvo.ru

Department of Acoustic Tomography

Россия, Владивосток

Список литературы

  1. Bousquet J., Khaltaev N. Global surveillance, prevention and control of Chronic Respiratory Diseases. A Comprehensive Approach. World Health Organization. Geneva, 2007. 146 p.
  2. Antonelli A., Pellegrino G., Papa G.F.S., Pellegrino R. Pitfalls in spirometry: Clinical relevance // World J. Respirol. 2014. V. 4. № 3. P. 19.
  3. Kim Y., Hyon Y.K., Lee S. et al. The coming era of a new auscultation system for analyzing respiratory sounds // BMC Pulm. Med. 2022. V. 22. № 1. P. 119.
  4. Pramono R.X.A., Bowyer S., Rodriguez-Villegas E. Automatic adventitious respiratory sound analysis: A systematic review // PLoS One. 2017. V. 12. № 5. P. 1.
  5. Ram A., Jindal G., Bagal U., Nagare G. Approaches for respiratory sound analysis in identification of respiratory diseases // Front. Biomed. Technol. 2024. V. 11. № 2. P. 286.
  6. Muthusamy P.D., Sundaraj K., Manap N.A. Computerized acoustical techniques for respiratory flow-sound analysis: a systematic review // Artif. Intell. Rev. 2020. V. 53. P. 3501.
  7. Rao A., Huynh E., Royston T. et al. Acoustic methods for pulmonary diagnosis // IEEE Rev. Biomed. Eng. 2019. V. 12. P. 221.
  8. Gavriely N., Cugell D.W. Breath sounds methodology. Boca Raton, FL: CRC Press, 1995. 203 p.
  9. Korenbaum V.I., Pochekutova I.A., Kostiv A.E. et al. Human forced expiratory noise. Origin, apparatus and possible diagnostic applications // J. Acoust. Soc. Am. 2020. V. 148. № 6. P. 3385.
  10. Forgacs P. The functional basis of pulmonary sounds // Chest. 1978. V. 73. № 3. P. 399.
  11. Brusasco V., Crapo R., Viegi G. ATS/ERS task force: Standartisation of lung function testing // Eur. Respir. J. 2005. V. 26. № 1–5. P. 319.
  12. Mussell M.J., Nakazono Y., Miyamoto Y. Effect of air flow and flow transducer on tracheal breath sounds // Med. Biol. Eng. Comput. 1990. V. 28. № 6. P. 550.
  13. Коренбаум В.И., Почекутова И.А. Акустико-биомеханические взаимосвязи в формировании шумов форсированного выдоха человека. Владивосток: Дальнаука, 2006. 148 с.
  14. Cegla U.H. Some aspects of pneumosonography // Prog. Resp. Res. 1979. V. 11. № 10. P. 235.
  15. Mead J., Turner J.M., Macklem P.T., Little J.B. Significance of the relationship between lung recoil and maximum expiratory flow // J. Appl. Physiol. 1967. V. 22. № 1. P. 95.
  16. Коренбаум В.И., Рассказова М.А., Почекутова И.А., Фершалов Ю.Я. Механизмы шумообразования свистящих звуков, наблюдаемых при форсированном выдохе здорового человека // Акустический журнал, вып. Медицинская акустика. 2009. Т. 55. № 4–5. C. 516.
  17. Olson D.E., Hammersley J.R. Mechanisms of lung sound generation // Semin. Respir. Crit. Care Med. 1985. V. 6. № 3. P. 171.
  18. Sohn K. Airflow velocities in the airways during expiration on different end-expiratory lung volumes: Computational study / Proceedings of the 28th IEEE EMBS Annual International Conference. New York City (USA), 2006. P. 5599.
  19. Fiz J.A., Jane R., Homs A. et al. Detection of wheezing during maximal forced exhalation in patients with obstructed airways // Chest. 2002. V. 122. № 1. P. 186.
  20. Fiz J.A., Jané R., Izquierdo J. et al. Analysis of forced wheezes in asthma patients // Respiration. 2006. V. 73. № 1. P. 55.
  21. Schreur H.J.W., Diamant Z., Vanderschoot J. et al. Lung sounds during allergen-induced asthmatic responses in patients with asthma // Am. J. Respir. Crit Care Med. 1996. V. 153. № 5. P. 1474.
  22. Pasterkamp H., Consunji-Araneta R., Oh Y., Holbrow J. Chest surface mapping of lung sounds during methacholine challenge // Pediatr. Pulmonol. 1997. V. 23. № 1. P. 21.
  23. Почекутова И.А., Коренбаум В.И. Продолжительность трахеальных шумов форсированного выдоха у молодых мужчин в норме и при бронхиальной обструкции // Физиология человека. 2014. Т. 40. № 2. С. 99.
  24. Serrurier A., Neuschaefer-Rube C., Röhrig R. Past and trends in cough sound acquisition, automatic detection and automatic classification: A comparative review // Sensors (Basel). 2022. V. 22. № 8. P. 2896.
  25. Hegde S., Sreeram S., Alter I.L. et al. Rameau Cough sounds in screening and diagnostics: a scoping review // Laryngoscope. 2024. V. 134. № 3. P. 1023.
  26. Knocikova J., Korpas J., Vrabec M., Javorka M. Wavelet analysis of voluntary cough sound in patients with respiratory diseases // J. Physiol. Pharmacol. 2008. V. 59 (Suppl 6). P. 331.
  27. Hardin J.C., Patterson J.L. Monitoring the state of the human airways by analysis of respiratory sound // Acta Astronaut. 1979. V. 6. № 9. P. 1137.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Определение акустических параметров шумов форсированного выдоха. А – определение общей продолжительности Ta, T1 – время начала и T2 – время окончания шумов; Б – определение полосовых продолжительностей (ti) и энергий (Ai) в соответствующих полосах (i = 1...9), S – пороговый уровень.

Скачать (244KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектрограммы трахеальных шумов форсированного выдоха (ФВ) здорового обследуемого (А) и больного с обструкцией (Б). f1 – «дорожки» среднечастотных (СЧ) свистов ФВ (СФВ) в полосе частот 200–800 Гц (на спектрограмме Б область СЧ СФВ выделена прямоугольником); f2 – «дорожки» высокочастотных (ВЧ) СФВ (более 800 Гц) в первой половине маневра; f3 – «дорожки» ВЧ СФВ (более 800 Гц) во второй половине маневра; h2 – 2-я гармоника свиста f2 у здорового; h1 – 2-е гармоники СЧ СФВ (f1) у больного, bp – широкополосная часть.

Скачать (229KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Акустические параметры трахеальных шумов форсированного выдоха в группах. А – временные параметры: (Ta) – общая продолжительность, (t) – полосовые продолжительности; Б, В – (Аr) – удельные полосовые энергии в среднечастотном (сч) и высокочастотном (вч) диапазонах; Г – (Ar/tr) – удельные средние высокочастотные (вч) полосовые мощности; Д, Е – полосовые параметры L в СЧ- и ВЧ-диапазонах. Обозначения частотных диапазонов: сч1 – 200–800 Гц, сч2 – 400–800 Гц, вч3 – 800–2000 Гц, вч4 – 1000–2000 Гц, вч5 – 1200–2000 Гц, вч6 – 1400–2000 Гц. Уровни значимости различий: * – p ≤ 0.05, ** – p ≤ 0.01, *** – p ≤ 0.001, **** – p ≤ 0.0001.

Скачать (391KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Относительные полосовые акустические параметры в группах. А – (Arвч/Arсч) – отношения удельных полосовых энергий высокочастотных (ВЧ) и среднечастотных (СЧ) диапазонов; Б – ((Ar/tr)вч/(Ar/tr)сч) – отношения средних удельных полосовых мощностей ВЧ и СЧ диапазонов. Обозначения частотных диапазонов: сч1 – 200–800 Гц, сч2 – 400–800 Гц, вч3 – 800–2000 Гц, вч4 – 1000–2000 Гц, вч5 – 1200–2000 Гц, вч6 – 1400-2000 Гц. Уровни значимости различий: * – p ≤ 0.05, ** – p ≤ 0.01, *** – p ≤ 0.001, **** – p ≤ 0.0001.

Скачать (362KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Частота встречаемости свистов, их гармоник (А) и общее количество средне- (СЧ) и высокочастотных (ВЧ) узкополосных составляющих трахеальных шумов (Б) в группах.

Скачать (164KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025