Способ диагностики кардиологических заболеваний с помощью фонокардиографии

 

Изобретение относится к медицине, функциональной диагностике. Одновременно регистрируют звуковую деятельность внутренних органов с помощью 4 и более микрофонов, расположенных на поверхности тела пациента. Сравнивают разницу во времени между приходом звуковых волн от источника звука в разные точки ее регистрации. Способ позволяет определить пространственную локализацию источника звука и обнаружить кардиологические заболевания. 1 ил.

Изобретение относится к области медицины, а именно к функциональной диагностике.

В настоящее время в медицине применяются разнообразные устройства для регистрации звуковой деятельности внутренних органов. Среди них можно выделить как отечественные модели - двухканальный ФЭКП-2 (Бала Ю.М., Глотов Н.Ф., Фуки В.Б., Никитин А.В. Атлас практической фонокардиографии. - Воронеж, 1979), шестиканальный блочный "физиограф" (Минкин Р.Б., Павлов Ю.Д. Электрокардиография и фонокардиография. - Л.: Медицина, 1980), так и импортные - шестиканальный электрокардиограф со встроенной фонокардиографической приставкой 6 NEK-301 (ГДР), трехканальный векторэлектрокардиограф "визокард мультивектор" (Австрия), четырехканальный электрокардиограф "Мингограф-кардирекс 42Б" (Швеция) (Бала Ю.М., Глотов Н.Ф., Фуки В.Б., Никитин А.В. Атлас практической фонокардиографии. - Воронеж, 1979) и другие модели.

Особое место занимают созданные в последние годы компьютерные фонокардиографы с синхронизирующим ЭКГ-каналом - автоматизированный кардиологический комплекс "Polysystem-4", компьютерная диагностическая система Валента (Эльянов М. Медицинские информационные технологии. Выпуск 1. - М., 2000) и другие.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является традиционный способ регистрации звуковой деятельности с помощью обычных или компьютеризированных систем. Регистрация звуковой деятельности осуществляется последовательной перестановкой микрофона в разные точки, применяемые для звукозаписи (Бала Ю.М., Глотов Н.Ф., Фуки В.Б., Никитин А.В. Атлас практической фонокардиографии. - Воронеж, 1979).

Независимо от метода визуализации звуковой деятельности внутренних органов, применяемого в конкретной диагностической системе, конечным результатом является сумма графиков, отражающих звуковую деятельность сердца на различных частотах, но зарегистрированную в одной из точек аускультации с помощью одного микрофона.

Для анализа звуковой деятельности, зарегистрированной традиционным способом, врач сравнивает результаты регистрации звуковой деятельности сердца в различных точках аускультации, визуально оценивая графики, и стараясь представить себе, какой именно отдел внутренних органов поражен.

Однако применяемый способ влечет сложность топической диагностики, поскольку с помощью звукозаписей врач может судить о локализации патологии приблизительно, ориентируясь на изменение звуковой деятельности, связанное с ослаблением звуков, проходящих через ткани организма. Это ослабление выявляется в разных точках регистрации звуковой деятельности и позволяет определить лишь факт отдаленного расположения источника звука к точкам регистрации звуковой деятельности, в которых наблюдается уменьшение амплитуды аускультативного феномена и наоборот, факт обнаружения наибольшей амплитуды аускультативного феномена в одной из точек регистрации говорит о ее максимальной приближенности к источнику аускультативного симптома. Учитывая, что звуковая деятельность сердца изучается последовательной перестановкой микрофона в разные точки аускультации и сравниваются разные сердечные циклы, сравнение амплитудно-частотных характеристик полученных фонокардиограмм для точной диагностики источника аускультативного феномена невозможно.

Поставлена задача точной топической диагностики звуковой деятельности сердца и других внутренних органов.

Поставленная задача достигается при одновременной регистрации звуковой деятельности внутренних органов с помощью нескольких (4 или более) микрофонов, расположенных на поверхности тела пациента, и последующем математическом анализе полученных результатов с помощью ЭВМ. Сравнивается разница времени между приходом звуковых волн от источника аускультативного феномена в разные точки регистрации звуковой деятельности для определения пространственной локализации источника звука.

Способ диагностики кардиологических заболеваний с помощью трехмерной фонокардиографии осуществляется следующим образом: у пациента одновременно в различных точках аускультации с помощью специальных микрофонов регистрируется звуковая деятельность исследуемого органа, проводится высокоточное аналогово-цифровое преобразование звукового сигнала и передача информации в ЭВМ для последующей обработки и визуализации результатов.

Аппаратно-программный комплекс, выполняющий поставленную задачу, должен состоять из 5 частей: 4 или более высокочувствительных микрофонов, высокоточного аналогово-цифрового преобразователя, высокоскоростной шины для передачи оцифрованного сигнала в ЭВМ и высокопроизводительного компьютера, на котором установлена специально созданная программа для диагностики звуковой деятельности внутренних органов.

Для точного определения в пространстве источника звуковой деятельности необходимо располагать информацией по меньшей мере с 4 микрофонов. Согласно закону распространения звука в пространстве, при использовании одного микрофона и получении звукового сигнала от источника звуковой деятельности, даже если известно расстояние от микрофона до источника звука, он может располагаться на любой точке геометрической фигуры - сферы, в центре которой располагается микрофон. При использовании двух микрофонов вероятными точками для каждого микрофона будут точки, расположенные на окружности, полученной при взаимном пересечении двух сфер, соответствующих возможным точкам для каждого из микрофонов. При использовании трех микрофонов и анализе разницы времени прихода звуковой деятельности в три микрофона, вероятными точками будут две, получаемые при пересечении окружности, полученной взаимным пересечением двух сфер от первых двух микрофонов сферой, соответствующей подмножеству точек третьего микрофона.

Именно поэтому для точной топической диагностики источника звука в пространстве необходимо применение не менее четырех микрофонов.

На чертеже представлена схема одной из методик расчета пространственного расположения источника звука при помощи четырех микрофонов.

Точки расположения микрофонов принимаем за Ml, М2, М3 и М4; среднюю скорость распространения звука в тканях за V_cp; точку, соответствующую источнику звука - З; время задержки звуковой волны при достижении звука точек М2, М3 и М4 по сравнению с приходом волны в точку Ml принимаем за Т2, Т3 и Т4; точку, соответствующую приходу звуковой волны к самому близкому микрофону Ml, принимаем за R1; точки, которые проходит звуковая волна в момент достижения самого близкого микрофона M1 на отрезках, соединяющих источник шума с остальными микрофонами, принимаем за R2, R3 и R4.

Исходные координаты микрофонов (в сантиметрах):

M1 - (х - 0, у - 0, z - 0) (принимается за исходную точку отсчета)

М2 - (х - 10, у - 0, z - 0) (в исследовании эти координаты вычисляются исходя из реального расстояния между микрофонами)

М3 - (х - 0, у - 0, z - 10) (в исследовании эти координаты вычисляются исходя из реального расстояния между микрофонами)

М4 - (х - 10, у - 0, z - 10) (в исследовании эти координаты вычисляются исходя из реального расстояния между микрофонами)

В ходе измерения получаем:

Сначала звуковая волна достигает точки M1, затем точек М2, М4, М3. По времени задержки звуковой волны Т2, Т4, Т3 и средней скорости распространения звука в тканях V_cp (вычисленной экспериментальным путем) можно определить пройденное расстояние:

Расстояние М2 R2=Т2·V_cp

Расстояние М4 R4=Т4·V_cp

Расстояние М3 R3=Т3·V_cp

Требуется найти координаты точки источника звука З - (х - Х_з, у - Y_з, z - Z_з)

Решение:

З М1 = З R1 = З R2 = З R3 = З R4 =

З М2 = З R2 + M2 R2 = + M2 R2

З М4 = З R4 + M4 R4 = + M4 R4

З М3 = З R3 + M3 R3 = + M3 R3

З М2 =

З М4 =

З М3 =

Учитывая, что исходные координаты микрофонов (координаты точек M1, М2, М3 и М4) известны исходя из расстояния между микрофонами, расстояния М2 R2, М4 R4 и М3 R3 вычисляются из результатов измерений, получается система из трех уравнений с тремя неизвестными - Х_з, Y_з и Z_з, решая которую мы определяем локализацию в пространстве источника звука З.

Для получения разницы в пространстве, равной 0,2 мм, устройство производит измерения звукового сигнала быстрее времени, которое затрачивает звуковая волна при распространении в тканях 0,2 мм (0,0002 м). Для расчетов скорость распространения звука в тканях принимается за скорость распространения ультразвука в тканях - 1540 м/с (в исследовании необходимо опираться на данные, полученные экспериментальным путем). В таком случае аналогово-цифровой преобразователь производит 1540:0,0002 = 7700000 замеров звукового сигнала в секунду с каждого микрофона.

Программа для анализа звуковой деятельности располагает следующими возможностями:

1. Возможность расчета расположения источника шума в пространстве (поиск точек Х_з, Y_з и Z_з) исходя из разницы времени достижения звуковой волной микрофонов на грудной клетке. Расчет производится с учетом взаиморасположения микрофонов (координат микрофонов M1, М2, М3 и М4).

2. Возможность отображения полученной информации в виде трехмерной виртуальной модели звуковой деятельности сердца.

3. Возможность автоматического учета ослабления звуков при прохождении различного расстояния в разных участках тканей организма.

4. Возможность сравнения амплитудно-частотных характеристик звукозаписей, полученных при регистрации звуковой деятельности несколькими датчиками для улавливания специфических характеристик аускультативных феноменов (частотный диапазон, изменчивость на протяжении сердечного цикла и т.д.).

5. Возможность применения методов аппаратного повышения точности топической диагностики при применении 5 или более микрофонов, более точного аналогово-цифрового преобразователя.

6. Возможность интеграции результатов нескольких методов исследования - предлагаемой компьютерной трехмерной фонокардиографии и, например, ультразвукового исследования сердца в виде единого изображения. Фазы сердечного цикла должны быть синхронизированы. Желательно присутствие электрокардиографического канала.

7. Возможность применения математических методов повышения точности топической диагностики, в частности статистической обработки полученных показателей с отсеиванием случайных результатов. Усреднение результатов можно проводить по многим критериям. В частности, анализировать результаты звукозаписей как внутри одной систолы, так и при обработке звукозаписей длительной регистрации звуковой деятельности сердца с последующей "суммацией" полученных результатов.

8. Возможность более тщательного анализа звуковой деятельности в определенных участках пространства - зонах повышенного интереса.

При применении способа диагностики кардиологических заболеваний с помощью трехмерной фонокардиографии становится возможным обнаружение и локализация в пространстве источников звуковой деятельности с высокой степенью точности. Облегчается обнаружение и идентификация пороков сердца, сопровождающихся появлением шумов. Совместное применение трехмерной фонокардиографии и эхокардиографии открывает широкие возможности для топической диагностики источника шумов при пороках сердца.

При обеспечении соответствующего пространственного разрешения и точности исследования с помощью трехмерной фонокардиографии становится возможным неинвазивная диагностика стенозирующего поражения сосудов внутренних органов, в частности коронарных артерий. Эта возможность появляется при сужении сосудов (атеросклеротического, тромботического или иного генеза) и возникновении турбулентных потоков крови, приводящих к возникновению шума в месте сужения. Улавливаемый с помощью трехмерной регистрации звуковой деятельности сердца стенотический шум диагностирует некоторые формы ишемической болезни сердца и других заболеваний внутренних органов.

Формула изобретения

Способ диагностики кардиологических заболеваний с помощью фонокардиографии, включающий регистрацию звуковой деятельности сердца, отличающийся тем, что проводят фонокардиографию четырьмя или более высокоточными микрофонами, расположенными на поверхности тела пациента, проводят аналого-цифровое преобразование и последующий анализ полученных результатов с помощью ЭВМ, при этом оценивают разницу времени между приходом звуковых волн от источника аускультативного феномена в разные точки регистрации звуковой деятельности.

РИСУНКИ

Рисунок 1