УДК 534.222

^* 690600, Владивосток, ул. Уборевича, 25, Научно-исследовательский физико-технический институт при Дальневосточном госуниверситете; тел.: (4232) 26-18-96

^** 690600, Владивосток, ул. Острякова, 2, Владивостокский медицинский госуниверситет

Метод исследования легких на основе разделения воздушной и структурной составляющих проведения голосовых звуков на стенку грудной клетки - комбинированная бронхофонография (КБФГ) - предложен в [1]. В результате клинического испытания данного метода (к настоящему времени обследовано 4 пациента, 3 из которых - неоднократно) получены первые практические результаты, рассматриваемые ниже.

В соответствии с акустическими представлениями [1, 2], респираторный тракт человека моделируется двухрезонансной системой - узкой (в волновом смысле) трубой с резонансной крышкой, по периметру окруженной легочной тканью, акустическое сопротивление которой достаточно близко к воде.

Резонансная крышка образуется объемом воздуха в респираторных отделах легкого и стенкой грудной клетки - так называемый акустический резонансный контур (АРК) [3]. Резонанс АРК имеет частоту, которая теоретически оценена [2] как 110-150 Гц. Таким образом, при распространении голосовых звуков с частотами данного диапазона по дыхательным путям (ДП) происходит эффективное возбуждение колебаний участков грудной стенки, характеризующее воздушную составляющую звука (рис. 1 а,б) в общем механизме звукопроведения.

С другой стороны, все бронхиальное дерево как узкая труба, открытая со стороны полости рта, характеризуется четвертьволновым рядом резонансов [4]. Первая из указанного ряда частота - четверть волнового резонанса - теоретически оценена в работе [2] как 215-350 Гц. На указанных частотах возбуждается стоячая волна, максимум амплитуды звукового давления которой, вообще говоря, должен лежать на закрытом конце трубы. Однако расхождение падающей со стороны голосовых связок и схождение отраженной от грудной стенки звуковых волн на ветвлениях бронхиального дерева создает эффект, напоминающий фокусировку, и приводит к тому, что максимальные амплитуды звукового давления достигаются в районе крупных бронхов и внутригрудного участка трахеи. Здесь происходит эффективное возбуждение структурного звука за счет трансформации части энергии стоячей волны в цилиндрические пульсации боковых стенок дыхательных путей. Далее, в согласии с работой [4], цилиндрические волны распространяются по тканям легкого (структуре) к грудной стенке и представляют собой структурную составляющую звука в общем механизме звукопроведения. В то же время резонансные колебания воздушного столба приводят и к возбуждению вибраций грудной стенки на закрытом конце трубы, которые характеризуют воздушную составляющую проведения, хорошо наблюдаемую (в норме) в нижних отделах легких (рис. 1 а). В верхних же отделах легких (в норме) (рис. 1 б) на этих частотах наблюдается конкуренция механизмов воздушного и структурного проведения вследствие приближения к источнику структурного звука. При этом на частотах резонанса АРК проведение в норме, как правило, остается чисто воздушным и в нижних, и в верхних отделах легких (рис. 1 а, б).

На основании экспериментальных исследований по изменению соотношения воздушной и структурной составляющих проведения голоса и их акустической интерпретации удалось выявить следующие варианты отклонений (рис. 2) акустических сигналов от нормы (рис. 1):

1 - затенение резонанса АРК структурным проведением (рис. 2 а). Данный эффект может быть связан с изменением объема воздуха в ацинусах или с перекрытием дыхательных путей.

2 - аномальное усиление структурного проведения (рис. 2 б). Данный эффект может быть связан с уплотнением легочной ткани. Следует отметить, что в соответствии с волновыми свойствами звука по этому критерию должны выявляться крупные очаговые и диффузные изменения легочной ткани. Выявление мелких (менее 1-2 см) очаговых изменений проблематично.

3 - аномальное ослабление четвертьволнового резонанса (рис. 2 в). Данный эффект может быть связан с увеличением затухания в падающей и отраженной волнах (в качестве причины наиболее вероятно изменение состояния стенок или просвета ДП).

Кроме того, наблюдаются сочетания:

• затенения резонанса АРК (критерий 1) с нормальным структурным проведением;
• затенения резонанса АРК (критерий 1) с аномальным усилением структурного проведения (критерий 2);
• затенения резонанса АРК (критерий 1) с ослаблением четвертьволнового резонанса (критерий 3);
• аномального усиления структурного проведения (критерий 2) с ослаблением четвертьволнового резонанса (критерий 3).

Экспериментальные обследования проводились по следующей методике. Акустический датчик устанавливался на поверхность грудной клетки пациента врачом. Пациент произносил установленную фразу: Три-три. Сигналы, принятые каналами датчика, усиливались на 30 дБ, фильтровались в полосе частот 100-1000 Гц и записывались на измерительный магнитофон. Акустический датчик последовательно перемещали по поверхности грудной клетки, устанавливая его в стандартно используемые [3] при исследовании бронхофонии точки в межреберьях левого и правого легкого (по очереди) вдоль околопозвоночной, лопаточной, задне-, средне-, переднеподмышечной и окологрудинной меридианальных линий.

При спектральном анализе данных на персональном компьютере IBM PC/AT использована процедура быстрого преобразования Фурье с частотой дискретизации 3012 Гц. Временные выборки содержат 512 временных отсчетов, спектральных отсчетов - 256. Взвешивание - окном Хэмминга. Осреднение - по не менее чем 10 временным выборкам (с учетом перекрытия) в пределах длительности реализаций, составлявших 5000-6000 временных отсчетов.

Полученные для каждой точки обследования спектры в соответствии с критериями нормы и отклонений отображались в тональностях серого цвета на карте проекций легких (рис.3 а,б,в), аналогичной предложенной в [3].

В качестве иллюстрации приводим случай пациента О., 42 года, который находился на лечении в стационаре с 28.05. по 26.06.96 г. с диагнозом: очаговая пневмония справа в нижней доле (8 сегмент) и в средней доле (4 и 5 сегменты), осложненная правосторонним экссудативным плевритом и острой сосудистой недостаточностью на фоне хронического катарального обструктивного бронхита в фазе ремиссии с дыхательной недостаточностью 1 степени.

Больной поступил с жалобами на кашель со слизисто-гнойной мокротой до 200 мл в сутки, боль в грудной клетке справа при глубоком дыхании, одышку смешанного характера, повышение температуры тела до 39,5оС. Заболел остро 27.05 после переохлаждения. В прошлом ничем не болел. Пневмонией заболел впервые. Курит в течение 24 лет. Имеются признаки хронического бронхита курильщика.

Результат визуальной оценки: астеник, пониженного питания. Со стороны системы дыхания (при поступлении) справа отмечалось укорочение перкуторного звука с 5-го межреберья по передней поверхности грудной клетки и с 8-го межреберья по задней поверхности грудной клетки. Выслушивалось жесткое дыхание под углом лопатки, что соотвествует проекции 9 и 10 сегментов, и ослабленное везикулярное дыхание по передней и боковой поверхности грудной клетки, что соответствует 4, 5 и 8 сегментам правого легкого. Над 4, 5 и 8 сегментами выслушивались единичные влажные мелкопузырчатые хрипы. Голосовое дрожание и бронхофония были ослаблены над пораженными областями легкого (по передней и боковой поверхностям грудной клетки) и были локально усилены под углом лопатки. Слева над всей поверхностью легкого перкуторно определялся легочный звук с коробочным оттенком, аускультативно-усиленное везикулярное дыхание, хрипы не выслушивались. Голосовое дрожание и бронхофония проводились одинаково.

На рентгенограмме органов грудной клетки от 28.05 определялось справа интенсивное гомогенное затемнение средней доли и снижение пневматизации в нижней доле. Правый купол диафрагмы четко не дифференцируется, в наружном костальном синусе - небольшое количество жидкости. Правый корень расширен, инфильтративно изменен.

Учитывая отсутствие положительной динамики в течении пневмонии к 3 суткам болезни, с 4 суток была усилена антибактериальная терапия. После чего на фоне лечения с 5 дня отмечалось улучшение общего состояния больного: уменьшение слабости; снижение температуры тела до 36,7оС, частоты дыхания до 17, пульса до 70 в 1 минуту; повышение АД до 120-80 мм рт. ст. Со стороны легких перкуторная картина и бронхофония оставались без изменений, аускультативно стало более выраженным ослабление везикулярного дыхания над 4, 5 и 8 сегментами и увеличилось количество влажных хрипов.

На рентгенограмме органов грудной клетки справа наблюдается уменьшение зоны инфильтрации в 4 сегменте и меньшая динамика инфильтрата в 5 сегменте ближе к корню, плевра остается реактивной. Слева и справа отмечается некоторое усиление легочного рисунка. Корни тяжистые, малоструктурные. Синусы свободны, правый купол диафрагмы спокойный.

Обследование методом КБФГ проводилось во 2, 4 и 5 дни болезни.

В соответствии с вышеизложенной акустической трактовкой на 2 сутки заболевания у пациента наблюдалась (рис. 3 а) обширная зона отклонений от нормы в средней и нижней долях правого легкого, которая совпадала с физикальными данными, но была больше очага инфильтрации, выявленного рентгенологически. Кроме того, были выявлены два более мелких участка отклонений от акустической нормы в нижней доле левого легкого, которые физикально и рентгенологически не идентифицировались.

На 4 сутки болезни (рис. 3 б), до изменения терапии, в правом легком отклонения от нормы распространяются и на верхнюю долю. В левом легком значительной динамики не наблюдается.

На 5 сутки болезни (рис. 3 в), после изменения антибактериальной терапии, в правом легком площадь зоны отклонений от нормы заметно уменьшается и распадается на два изолированных участка, 'больший из которых (в нижней и средней долях) совпадает с локализацией рентгенологически выявленного очага инфильтрации. В левом легком наблюдается слияние отдельных участков отклонений в одну зону. В целом, в сравнении с предыдущими обследованиями (рис. 3 а,б), большая часть левого легкого и часть правого приходят к состоянию акустической нормы, что может быть признаком положительной динамики воспалительных изменений в бронхах и коррелирует с наблюдавшимся улучшением общего состояния больного.

Конечно, клиническая интерпретация наблюдаемых акустических признаков требует дальнейшего исследования и уточнения, однако уже из изложенного ясно, что метод КБФГ дает в руки врачей простое высокоинформативное неинвазивное средство для наблюдения за течением различных легочных заболеваний.

1. Коренбаум В.И., Тагильцев А.А., Кулаков Ю.В. Новые акустические методы исследования системы дыхания человека // Вестник новых медицинских технологий.- 1996.- ¦ 3.

2. Коренбаум В.И., Тагильцев А.А., Кулаков Ю.В. Новое в биофизике дыхательных шумов // Вестник новых медицинских технологий.- 1996.- ¦ 4.

3. Немеровский Л.И. Пульмофонография.- М.: Медицина, 1981.- С. 29-73.

4. Wodicka G., Stevens K., Golub H., Shannon D. Spectral characteristics of sound transmission in the human respiratory system // IEEE Trans. on biomed. eng.- 1990.- V. 37.- P. 1130.

The method of combined bronchophonography based on distinguishing air- and structure-born vocal sounds transmission to a chest wall is described. Fundamental acoustic models and abnormality criteria are developed. The first results of persons examination are discussed. The conclusion about lung diseases dynamic monitoring possibility is deduced on the basis of combined bronchophonographic maps obtained in comparison with radiography and clinical data.