CC BY
0VETERINARY SCIENCES
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ТРАХЕОФОНОГРАММЫ ТЕЛЯТ
Алехин Ю.Н.
Доктор ветеринарных наук, главный научный сотрудник, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт патологии, фармакологии и терапии
Российской академии сельскохозяйственных наук, Воронеж, Россия
Жуков М.С.
Кандидат ветеринарных наук, младший научный сотрудник, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт патологии, фармакологии и терапии
Российской академии сельскохозяйственных наук, Воронеж, Россия
DIAGNOSTIC POSSIBILITIES OF SPECTRAL ANALIS OF TRAHEOPHONOGRAM OF CALVES
Alekhin Yu.N.
Doctor of Veterinary Sciences, Chief Researcher, State Scientific Institution All-Russian Veterinary Research Institute of Pathology, Pharmacology and Therapy of the Russian Academy of Agricultural Sciences, Voronezh, Russia
Zhukov M.S.
Candidate of Veterinary Sciences, Junior Scientific, State Scientific Institution All-Russian Veterinary Research Institute of Pathology, Pharmacology and Therapy of the Russian Academy of Agricultural Sciences, Voronezh, Russia
Аннотация
Одним из основных методов исследования респираторного тракта является аускультация, позволяющая выявить качественные изменения в бронхолегочной системе, однако восприятие звуков зависит от особенности слуха, практического опыта человека и влияния самого устройства, что ограничивает диагностическую ценность получаемых результатов. Поэтому целью данной работы стало изучить информативность спектрального анализа дыхательных звуков, записанных над трахеей у телят. По результатам проведённого исследования было установлено, что интенсивность звука на частоте 200 Гц отражает состояние трахеи, на частоте 750 Гц - состояние главных бронхов и бронхов правой верхушечной доли, на частоте 1000 Гц - состояние бронхов среднего диаметра, а на частоте 1400 Гц - состояние дольковых бронхов и альвеол. При этом у здоровых телят сила звука на частоте 200 Гц равна в покое минус 30 дБ и менее, а после апноэ (20 с) минус 25 дБ и менее, на 750 Гц менее соответственно минус 57 и минус 45 дБ, на 1000 Гц - минус 62 и минус 45 дБ, и на 1400 Гц - минус 64 и минус 50 дБ.
Abstract
One of the main methods for studying the respiratory tract is auscultation, which allows us to identify qualitative changes in the bronchopulmonary system, but the perception of sounds depends on the particular hearing, the practical experience of the person and the influence of the device itself, which limits the diagnostic value of the results obtained. Therefore, the purpose of this work was to study the informative nature of the spectral analysis of respiratory sounds recorded over the trachea in calves. Based on the results of the study, it was found that the sound intensity at a frequency of 200 Hz reflects the state of the trachea, at the frequency of 750 Hz - the state of the main bronchi, at a frequency of 1000 Hz - the bronchus state of the mean diameter, and at a frequency of 1400 Hz - the state of lobular bronchi and alveoli. In healthy calves, the sound power at rest at 200 Hz is minus 30 dB or less, and after apnea (20 s) minus 25 dB or less, 750 Hz less respectively, minus 57 and minus 45 dB, per 1000 Hz - minus 62 and minus 45 dB, and at 1400 Hz - minus 64 and minus 50 dB.
Ключевые слова: телята, диагностика, респираторный тракт, трахеофонография, спектральный анализ
Keywords: calves, diagnosis, respiratory tract, tracheo-phonography, spectral analysis
Введение. Заболевания органов дыхания телят по-прежнему относятся к наиболее актуальным проблемам скотоводства. Основным приёмом диагностики респираторных заболеваний по праву считается метод аускультации, в основе которого лежит выслушивание генерируемых шумов на поверхности тела в зонах проекции дыхательных путей, посредством специальных устройств (фонендоскоп и стетофонендоскоп). Данный метод исследования относится к не инвазивным, что позволяет
широко его использовать. Однако даже современные стетофонендоскопы остаются простыми проводниками звука от поверхности тела пациента к уху врача. При этом понятно, что при традиционной аускультации врач получает лишь качественные изменение в бронхолегочной системе, восприятие которых зависит от особенности слуха, практического опыта человека и влияния самого устройства, что ограничивает диагностическую ценность получаемых результатов [4, 5]. Так по
данным ежегодной конференции грудной медицины 1988 г. было установлено, что терминология, используемая врачами при описании легочных звуков, не стандартизирована [2].
Отмеченные субъективные и технологические факторы нивелируются при внедрении в клиническую практику методов спектрального анализа звуков с помощью компьютерных технологий [6, 8]. Основными требованиями к разработке таких диагностических систем контроля являются масштабируемость (возможность построения линейки приборов для различных условий использования), низкая стоимость, простота эксплуатации и возможность коммуникаций с различными компьютерными системами (настольными, ноутбуками, КПК, коммуникаторами) [3]. Нами было разработано «Устройство для регистрации звуковых проявлений функционирования внутренних органов человека и животных», предназначенное для проведения стандартной и электронной аускультации с возможностью записи звука, передачей данных через информационный носитель или интернет сеть на ПК для проведения компьютерного анализа записанного звукового файла [7].
Целью данной работы стало изучение информативности спектрального анализа дыхательных звуков, записанных над трахеей у телят при помощи разработанного нами устройства.
Материалы и методы исследования. Научно-исследовательская работа была проведена на убойном пункте откормочного скотоводческого хозяйства Воронежской области. В исследованиях были задействованы 895 голов молодняка крупного рогатого скота в возрасте от 2 до 18 месяцев. Перед убоем животных проводилась запись трахеофоно-граммы с помощью разработанного устройства. При этом микрофон устанавливали справа на нижней трети шейной части гортани (проекция 3-4 шейного позвонка), между краями плечеголовной и грудино-сосцевидной мышц. Трахеальные шумы нескольких респираторных циклов во время спокойного и форсированного (апноэ в течение 20 с) дыхания, фиксировали акустическим датчиком и записывали через стандартную звуковую карту на персональный компьютер с последующим анализом в пакете программ Adobe Audition. При этом во время спокойного дыхания определяли продолжительность и соотношение вдоха и выдоха, а во время спокойного и активированного дыхания проводили акустический анализ, вычисляя амплитудный спектр сигнала (масштаб по амплитуде линейный, число отсчётов 512, окно Блэкмана). После убоя животных проводили патологоанатомическое вскрытие с акцентом внимания на состояние органов дыхания.
Статистический анализ результатов проводили с использованием программы Statistica v6.1, а расчёт референсных интервалов у здоровых животных мы проводили с использованием программы Reference Value Advisor на базе Microsoft Excel [1, 9].
_61
Результаты исследования и обсуждения. Результаты патологоанатомического вскрытия показали, что у 715 телят имело место одно из следующих явлений: воспаление или изъязвление слизистой оболочки бронхов или трахеи, утолщение стенки бронхов, межальвеолярной перегородки, пе-рибронхиального или междолькового пространства, скопление мокроты в просвете респираторных путей. При этом у 135 голов указанные изменения преобладали в трахеи или в сочетании с поражением главных бронхов. Ретроспективный анализ показал, что у 109 телят из их числа, в сравнении с трахеофонограммой здоровых животных, наблюдали усиление интенсивности звука на частоте от 160 до 300 Гц, у 16 голов в диапазоне 580-750 Гц, но у 10 гол, отсутствовали достоверные изменения дыхательных шумов. Средняя арифметическая (М) первого частотного ряда составила 225, а мода (Мо) - 200, во втором диапазоне (580-750 Гц) 641,5 и 620 соответственно. У 84 телят патология преобладала в зоне главных бронхов и бронха правой верхушечной доли, что сопровождалось более громкими звуками в диапазоне от 180 до 400 Гц (М=235,0; Мо=200 Гц). Доминирование воспалительных процессов в крупных бронхах слева краниальной, средней и каудальной, а справа в средней, каудальной и добавочной долях лёгкого констатировали у 117 голов. При этом у 108 телят усиливался шум на частотах от 600 до 950 Гц (М=738,5; Мо=750), а у 9 - в диапазоне 500-750 Гц (М=640,0; Мо=680,0). У 173 животных отмечали более глубокое поражение отмеченных выше долей, с вовлечением в патологический процесс бронхов среднего диметра, что сочеталось с усилением интенсивности звука на частотах 844-1242 Гц (М=1050,0; Мо=1000), но у 7 с подобной патологией, в диапазоне 780-950 Гц (860,0; Мо=880). Скопление мокроты в дольковых бронхах краниальной доли, без выраженной воспалительной реакции в прилегающих тканях лёгких наблюдали у 70 голов, у 65 из которых фиксировали усиление звука в диапазоне 820-1102 Гц (М=980,2; Мо=1000), но у 5 телят при этом шумы становились громче на частотах 750-830 Гц (М=790; Мо=790). Преобладание патологических изменений в дольковых бронхах и альвеолах выявили у 136 телят, из числа которых у 134 голов наблюдали повышение уровня интенсивности шума на частоте 1313-1406 Гц (М=1374,8; Мо=1400), а у 2 животных - в диапазоне 1336-1477 Гц (М=1405,0; Мо=1450).
Статистический анализ выявленных полигонов частот показал, что во всех случаях средняя арифметическая и мода не равны, т.е. имеет место ассиметричное распределение величин. В данном случае большее прикладное значение имеет мода, представляющая собой наиболее часто встречающуюся величину, в то время как среднее арифметическое значение следует рассматривать в сочетании с её ошибкой и среднеквадратическим отклонением, которые формируют узкий диапазон частот. Приняв за основу доминирующую величину моды, определили контрольные частоты, отражающие поражение конкретного сегмента респираторного
тракта. При преобладании у крупного рогатого скота поражения в трахее, главных бронхах и бронха правой верхушечной доли максимальное повышение уровня интенсивности звука отмечается на частоте 200 Гц. Доминирование воспалительных процессов и обструктивных явлений в крупных бронхах слева в краниальной, средней и каудальной, а справа в средней, каудальной и добавочной долях лёгкого, имеющих в своей основе хрящевые полукольца, в большинстве случаев проявляется более громким звуком на частоте 750 Гц. Преимущественное поражение бронхов среднего диаметра, не имеющих хрящевого каркаса, а также дольковых бронхов в краниальной доле - на частоте 1000 Гц. Наличие патологических изменений в дольковых бронхах и альвеолах проявляется повышением уровня интенсивности шума на частоте
1400 Гц. При поражении нескольких сегментов дыхательных путей наблюдается полифоническая реакция - усиление звуков на соответствующих частотах.
Используя данные трахеофонографии здоровых животных и программу Reference Value Advisor, мы рассчитали референсный интервал интенсивности звука на выявленных контрольных частотах. У здоровых телят сила звука на частоте 200 Гц равна в покое минус 30 дБ и менее, а после апноэ (20 с) минус 25 дБ и менее, на 750 Гц менее соответственно минус 57 и минус 45 дБ, на 1000 Гц -минус 62 и минус 45 дБ, и на 1400 Гц - минус 64 и минус 50 дБ. Показатели выше указанных параметров указывают на наличие патологии в соответствующих сегментах респираторного тракта (Рисунок 1).
Рисунок 1. Трахеофонограммы здоровых (верхняя фонограмма) и больных бронхопневмонией (нижняя) с
проекцией отражаемых зон респираторного тракта
Заключение. Таким образом проведённые исследования показали, что разработанное «Устройство для регистрации звуковых проявлений функционирования внутренних органов человека и животных» может быть использовано для диагностики бронхолегочных заболеваний. С этой целью проводится запись трахеофонограммы с последующим спектральным анализом на контрольных частотах (200, 750, 1000 и 1400 Гц), которые отвечают за состояние соответствующих участков бронхиального дерева. У здоровых телят сила звука на частоте 200 Гц равна в покое минус 30 дБ и менее, а после апноэ (20 с) минус 25 дБ и менее, на 750 Гц менее соответственно минус 57 и минус 45 дБ, на 1000 Гц - минус 62 и минус 45 дБ, и на 1400 Гц - минус 64 и минус 50 дБ.
Список литературы
1. Гржибовский А.М. Описательная статистика с использованием пакетов статистических программ STATISTICA и SPSS / А.М. Гржибовский, С.В, Иванов, М.А. Горбатова // Наука и здравоохранение. - 2016. - №1. - С. 7-23.
2. Гусейнов А.А. Акустический анализ дыхательных звуков: состояние вопроса / А.А. Гусейнов, З.Р. Айсанов, А.Г. Чучалин // Пульмонология. -2005. - № 6. - С. 105-112.
3. Козырев Ф.В. Разработка и исследование компьютеризированной системы изучения дыхательных шумов / Ф.В. Козырев, Н.В. Ульянычев // Информатика и системы управления. - 2008. - №3 (13). - С. 85-87.
4. Коренбаум В.И. Успехи и проблемы объективизации аускультации лёгких / В.И. Коренбаум, Ю.В. Кулаков // Тихоокеанский медицинский журнал. - 2011. - № 2. - С. 6-8.
5. Перегудова Н.Н. Электронно-акустический интерфейс: возможности и перспективы в аускультации дыхательных шумов / Н.Н. Перегудова, Е.В. Аронова, Ю.Ю. Бяловский // Ульяновский медико-биологический журнал. - 2016. - № S4. - С. 54-55.
6. Фонореспирография спокойного дыхания в комплексной диагностике пневмоний / Е.В. Мали-нина, Ю.В. Кулаков, В.М. Коренбаум, М.А. Сафонова // Тихоокеанский медицинский журнал. -2014. - № 1. - С. 90-92.
7. Шабунин С.В. Устройство для регистрации звуковых проявлений функционирования внутренних органов человека и животных: пат. № 169816 Рос. Федерация: МПК А61В 7/04 / С.В. Шабунин, Ю.Н. Алехин, М.С. Жуков; патентообладатель ГНУ
ВНИВИПФиТ Россельхозакадемии. - № 2016124513; заявл. 20.06.2016; опубл. 03.04.2017. Бюл. № 10.
8. Nakano N., Ishimatsu A., Iwanaga T. Coherence analysis of lung sounds: Comparison between COPD and normal subjects // Final program and abstracts of 38th Annual Conference of International Lung Sounds Association, November 14-15, 2013, Kyoto Garden Palace. Kyoto, Japan, 2013. P. 23.
9. Reference Value Advisor: a new freeware set of macroinstructions to calculate reference intervals with Microsoft Excel / A. Geffré, D. Concordet, J. P. Braun, C. Trumel // Vet. Clin. Pathol. - 2011. - Vol. 40. - № 1. - P. 107-112.
