Способ дифференциальной диагностики бронхолегочных заболеваний



Способ дифференциальной диагностики бронхолегочных заболеваний
Способ дифференциальной диагностики бронхолегочных заболеваний
Способ дифференциальной диагностики бронхолегочных заболеваний
Способ дифференциальной диагностики бронхолегочных заболеваний

 


Владельцы патента RU 2578445:

Буланова Анна Александровна (RU)
Букреева Екатерина Борисовна (RU)
Кистенев Юрий Владимирович (RU)
Никифорова Ольга Юрьевна (RU)
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО СибГМУ Минздрава России) (RU)

Изобретение относится к области медицины, в частности пульмонологии, и предназначено для скрининговой диагностики хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и бронхиальной астмы. Способ включает регистрацию выдыхаемого воздуха пациента и его анализ, для чего проводят регистрацию и анализ спектра поглощения выдыхаемого воздуха пациента, причем предварительно проводят измерения спектра поглощения выдыхаемого воздуха верифицированных групп пациентов с бронхолегочными заболеваниями, представляющими диагностический интерес, вычисляют средние значения квадрата расстояний Махаланобиса от спектра поглощения выдыхаемого воздуха каждого члена группы до спектров поглощения выдыхаемого воздуха остальных членов группы. Затем находят среднее значение от указанных средних значений и доверительный интервал. При значении в интервале от 1,28 до 2,29 диагностируют ХОБЛ, а при значении более 2,29 диагностируют бронхиальную астму. 5 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области медицины, в частности пульмонологии, и может найти применение для скрининговой диагностики хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ) и бронхиальной астмы.

Известен способ дифференциальной диагностики бронхиальной астмы и ХОБЛ на основе анализа профиля среднелетучих органических соединений в конденсате выдыхаемого человеком воздуха. Получение конденсата требует определенного времени, специального оборудования и условий хранения, вследствие чего происходит увеличение времени, необходимого для проведения анализа. Кроме того, для получения конденсата необходимо большое количество выдыхаемого воздуха, что не всегда могут обеспечить пациенты на тяжелых стадиях болезни [1].

Для диагностики ХОБЛ используется хромато-масс-спектрометрия с целью определения летучих органических соединений в выдыхаемом воздухе [2, 3]. Ограничения в применении этого метода связаны с искажением состава пробы, с проблемами селективности детектирования и идентификации спектров, а также следует отметить, что время анализа достаточно велико, а сам прибор достаточно сложный, громоздкий и дорогостоящий [4].

Известен способ экспресс-диагностики бронхолегочных заболеваний, выбранный в качестве прототипа с помощью анализа спектра поглощения выдыхаемого воздуха пациента. Данный метод предполагает сравнение спектра поглощения выдыхаемого обследуемым пациентом воздуха со спектрами поглощения выдыхаемого воздуха верифицированных групп пациентов с различными бронхолегочными заболеваниями. Таким образом, для диагностики болезни процедуру сравнения необходимо повторять несколько раз, что требует дополнительных временных затрат [5]. Кроме того, данный метод предполагает диагностику одного заболевания.

Новый технический результат - расширение области применения способа для скрининговой диагностики ХОБЛ и бронхиальной астмы.

Для достижения нового технического результата в способе дифференциальной диагностики бронхолегочных заболеваний, включающем регистрацию и анализ спектра поглощения выдыхаемого воздуха пациента, при которой проводят предварительное измерение спектра поглощения выдыхаемого воздуха верифицированных групп пациентов с бронхолегочными заболеваниями, представляющими диагностический интерес, вычисляют среднее значение квадрата расстояний Махаланобиса от спектра поглощения выдыхаемого воздуха каждого члена группы до спектров поглощения выдыхаемого воздуха остальных членов группы, затем определяют среднее значение от указанных средних значений и доверительный интервал и при значении в интервале от 1,28 до 2,29 диагностируют ХОБЛ, а при значении более 2,29 диагностируют бронхиальную астму

Способ осуществляют следующим образом:

В основе предлагаемого метода лежит принцип сравнения спектров поглощения выдыхаемого воздуха референтной (эталонной) группы и пациентов с ХОБЛ и с бронхиальной астмой. Сравнение спектров поглощения выдыхаемого воздуха производится путем расчета среднего значения квадрата расстояния Махаланобиса от спектра поглощения пробы выдыхаемого воздуха обследуемого пациента до спектров поглощения выдыхаемого воздуха пациентов референтной группы [6, 7]. Расстояние Махаланобиса позволяет количественно оценить близость изучаемого объекта в пространстве признаков к референтному состоянию. В качестве объекта выступает скан спектра поглощения выдыхаемого воздуха обследуемого человека, а в качестве референтного состояния объекта выступает совокупность сканов спектров поглощения выдыхаемого воздуха здоровых людей [6]. Расчеты проводились в двух спектральных диапазонах, соответствующих 10Р- и 10R-ветвям генерации СО2-лазера, обозначенных как первый и второй диапазоны соответственно. В каждом диапазоне для каждого пациента находились средние значения квадрата расстояния Махалонобиса, обозначенные как ИО1 и ИО2 соответственно [8]. При проведении расчетов ИО использовался пакет программ StatSys [9]. После расчетов ИО была проведена статистическая обработка данных. Полученные данные не подчиняются закону нормального распределения признаков, поэтому рассчитывают медиану и квартели (25%-75%). После чего проводят ROC-анализ, который позволяет найти те диагностические значения ИО, при которых точность метода достигала своего максимума.

Предлагаемый способ основан на анализе результатов клинических исследований:

Были исследованы пробы выдыхаемого воздуха 20 здоровых добровольцев, как курящих, так и некурящих. Они составили референтную группу. Затем был произведен набор проб выдыхаемого воздуха пациентов двух групп сравнения. В первую группу вошли 31 пациент с верифицированным диагнозам ХОБЛ. Вторая группа сравнения представлена 16 пациентами с бронхиальной астмой. У каждого пациента осуществляли забор проб выдыхаемого воздуха в утренние часы (08:00-09:00) в стеклянную пробирку объемом 10 мл с плотной ватно-марлевой пробкой.

Воздух из пробирки с помощью катетера напускали в ячейку газоанализатора, после чего производили регистрацию скана спектра поглощения - спектра поглощения пробы на длинах волн излучения лазера. Зарегистрированные сканы сохраняли в виде файлов. Селекцию отдельных газов в данном случае не проводили [6]. Для уменьшения погрешности у каждого участника исследования бралось три пробы последовательно, и спектр каждой из них регистрировался пятикратно. Далее, для каждого участника исследования на основе 15 сканов спектра выдыхаемого воздуха были рассчитаны средние значения и доверительные интервалы ИО1 и ИО2 в диапазоне частот 931-953 см-1 и 963-984 см-1 соответственно. Для проведения статистического анализа для референтной группы и для двух групп сравнения на основании средних значений ИО1 и ИО2 пациентов были рассчитаны медиана и квартели (табл. 1). С использованием коэффициента Манна-Уитни был проведен попарный сравнительный анализ ИО1 и ИО2 референтной группы, представленной здоровыми лицами, и каждой из групп сравнения в отдельности (табл. 1). Уровень статистической значимости (p-уровень) был выбран менее 0,05.

Результаты сравнительного попарного анализа показали, что ИО здоровых лиц и пациентов с бронхиальной астмой и ХОБЛ различаются в диапазоне 931-953 см-1, тогда как в диапазоне 963-984 см-1 статистически значимые различия были получены только при сравнении ИО здоровых лиц и пациентов с бронхиальной астмой (табл. 1). ИО пациентов с ХОБЛ и с бронхиальной астмой различались как в первом, так и во втором диапазоне.

Для дальнейших расчетов были использованы только значения ИО в диапазоне 931-953 см-1, так как в этом диапазоне были получены статистически значимые различия между всеми тремя группами пациентов.

Был проведен ROC-анализ (Receiver Operating Characteristic analysis), который позволил определить то значение ИО, при котором выявляется максимальное количество больных и минимальное количество неверно диагностированных случаев.

Разброс ИО1 пациентов внутри каждой исследуемой группы достаточно большой, поэтому были выбраны наиболее информативные участки. После этого путем перебора было найдено то значение ИО1, при котором разделение обследуемых пациентов и здоровых лиц достигало наиболее статистически приемлемых значений чувствительности и специфичности. Таблица 2 иллюстрирует выбор значений ИО1 при сравнении группы здоровых и пациентов с бронхиальной астмой. В таблице 3 представлены данные, касающиеся сравнения здоровых и пациентов с ХОБЛ, а в таблице 4 данные, полученные при сравнении пациентов с бронхиальной астмой и ХОБЛ (табл. 2, 3, 4).

Таком образом, при сравнении ИО1 референтной группы и пациентов с ХОБЛ и с бронхиальной астмой были получены пороговые значения ИО1, позволяющие с достаточной чувствительностью и специфичностью отличать пациентов с ХОБЛ и бронхиальной астмой от здоровых лиц (табл. 5).

Проанализировав данные, представленные в таблице 5, мы составили диагностические промежутки, позволяющие с достаточной точностью предположить у обследуемого пациента ХОБЛ или бронхиальную астму при сравнении его спектров поглощения выдыхаемого воздуха со спектрами поглощения референтной группы (схема 1).

Таким образом, если значения ИО1 обследуемого пациента находятся в пределах от 1,28 до 2,29, то в 70% случаев у него диагностируется ХОБЛ. Если ИО1 более 2,29, то с точностью 75% у пациента будет выявлена бронхиальная астма.

1. Клинический пример:

Пациент Л. 73 года, мужчина

Предварительный диагноз: ХОБЛ III стадии, обострение? Эндогенная бронхиальная астма средней степени тяжести?

Проведено исследование согласно предлагаемому способу. При проведении диагностики указанным методом у данного пациента было забрано 3 пробирки с выдыхаемым воздухом, объемом 10 мл каждая. Каждая проба воздуха была проанализирована при помощи лазерного оптико-акустического газоанализатора ILPA-1, получено 15 сканов спектра поглощения выдыхаемого воздуха данного пациента. После этого произведено сравнение сканов спектров поглощения выдыхаемого воздуха пациента со сканами спектров поглощения выдыхаемого воздуха референтной группы и рассчитано значение ИО1, которое у данного пациента оказалось равным 2,02. Это значение, согласно предлагаемому способу, соответствовало диагнозу ХОБЛ. В последующем данный диагноз был подтвержден при проведении стандартных диагностических тестов (спирографии с бронходилатационным тестом).

Окончательный диагноз: ХОБЛ III стадии, обострение бронхолегочной инфекции.

Клинический пример 2:

Пациентка К. 64 года, женщина

Предварительный диагноз: ХОБЛ III стадии, обострение. Бронхиальная астма смешанного генеза, обострение.

Проведено исследование согласно предлагаемому способу. У данной пациентки было взято 3 пробы выдыхаемого воздуха объемом 10 мл каждая. Каждая проба воздуха была проанализирована при помощи лазерного оптико-акустического газоанализатора ILPA-1, получено 15 сканов спектра поглощения выдыхаемого воздуха данной пациентки. После этого произведено сравнение сканов спектров поглощения выдыхаемого воздуха пациентки со сканами спектров поглощения выдыхаемого воздуха референтной группы и рассчитано значение ИО1, которое составило 4,33, что согласно предлагаемому способу соответствует диагнозу бронхиальная астма. Стандартными методами у данной пациентки подтверждена бронхиальная астма.

Окончательный диагноз: Бронхиальная астма смешанного генеза средней степени тяжести, обострение

Таким образом, предлагаемый способ, заключающийся в анализе спектров поглощения выдыхаемого воздуха здоровых лиц и нескольких групп пациентов с верифицированными заболеваниями легких позволил нам найти параметры, на основании которых можно поставить предварительный диагноз, проведя процедуру сравнения спектров только один раз, и тем самым сократить время обследования.

Источники информации

1. Анохина Т.Н. Новые биомаркеры - среднелетучие метаболиты в конденсате выдыхаемого воздуха при бронхиальной астме и хронической обструктивной болезни легких: автореф. дис. … канд. мед. наук. ФГУ «НИИ пульмонологии» ФМБА России, М., 2012.

2. A profile of volatile organic compounds in breath discriminates COPD patients from controls / Van Berkel J.J.B.N., Dallinga J.W., Möller G.M., Godschalk R.W.L., Moonen E.J., Wouters E.F.M., Van Schooten F.J. // Respiratory Medicine. - 2010. - V. 104. №4. - P. 557-563.

3. Fens Ν., De Nijs S.B., Peters S., Dekker T., Knobel H.H., Vink T.J., Willard N.P., Zwinderman A.H., Krouwelsf F.H., Janssen H-G., Lutter R.., Sterk P.J. Exhaled air molecular profiling in relation to inflammatory subtype and activity in COPD // European Respiratory Journal. 2011. V. 38. No. 6. P. 1301-1309.

4. Степанов E.B. Методы высокочувствительного газового анализа молекул-биомаркеров в исследованиях выдыхаемого воздуха // Труды института общей физики им. А.М. Прохорова. 2005. Т. 61. С. 5-47.

5. Патент РФ 2486522 РФ. Способ экспресс-диагностики бронхолегочных заболеваний / Кистенев Ю.В., Никифорова О.Ю., Фокин В.А.

6. Агеев Б.Г., Кистенев Ю.В., Никифорова О.Ю., Никотин Е.С., Никотина Г.С., Фокин В.А. Применение интегральной оценки состояния объекта для анализа выдыхаемого воздуха и диагностики заболеваний человека // Оптика атмосферы и океана. - 2010. - 23, №7. - С. 570-579.

7. Bukreeva Е.В., Bulanova А.А., Kistenev Y.V., Kuzmin D.A., Tuzikov S.A., Yumov E.L. A nalysis of the absorption spectra of gas emission of patients with lung cancer and chronic obstructive pulmonary disease by laser optoacoustic spectroscopy // Proc. SPIE 8699, Saratov Fall Meeting 2012: Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIV; and Laser Physics and Photonics XIV, 86990K (February 26, 2013).

8. Фокин В.А. Модель согласования биомедицинских данных и комплекс программ для интегральной оценки состояния биосистем: автореф. дис. … д-р. техн. наук. Томский гос. университет. Томск, 2009.

9. Свид. №2006614010 РФ. Программа для ЭВМ «StatSys». В.А. Фокин, И.С. Хакимов, О.Ю. Никифорова. Заявка №2006613281. Заявлено 29.09.2006. Опубл. 22.11.2006.

Таблица 1. Сравнение интегральных оценок здоровых добровольцев и пациентов с бронхиальной астмой, ХОБЛ

Таблица 2. Значения чувствительности (Se) и специфичности (Sp) метода при сравнении ИО1 здоровых лиц и пациентов с бронхиальной астмой

Таблица 3. Значения чувствительности (Se) и специфичности (Sp) метода при сравнении ИО1 здоровых лиц и пациентов с ХОБЛ

Таблица 4. Значения чувствительности (Se) и специфичности (Sp) метода при сравнении ИО1 пациентов с бронхиальной астмой и пациентов с ХОБЛ

Таблица 5. Диагностические значения ИО1. Чувствительность и специфичность методики

Способ дифференциальной диагностики бронхолегочных заболеваний, включающий регистрацию и анализ спектра поглощения выдыхаемого воздуха пациента, при этом проводят предварительное измерение спектра поглощения выдыхаемого воздуха верифицированных групп пациентов с бронхолегочными заболеваниями, представляющими диагностический интерес, вычисляют среднее значение квадрата расстояний Махаланобиса от спектра поглощения выдыхаемого воздуха каждого члена группы до спектров поглощения выдыхаемого воздуха остальных членов группы, затем определяют среднее значение от указанных средних значений и доверительный интервал, отличающийся тем, что при значении в интервале от 1,28 до 2,29 диагностируют ХОБЛ, а при значении более 2,29 диагностируют бронхиальную астму.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области медицины, а именно к неонатологии, реаниматологии и респираторной терапии, и описывает способ прогнозирования эффективности неинвазивной вентиляции легких у недоношенных новорожденных.

Группа изобретений относится к медицине, в частности к онкологии, и касается диагностики рака легкого у человека. Способ заключается в исследовании состава выдыхаемого воздуха.

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике непереносимости лактозы. Для этого проводят выявление водорода в воздухе ротовой полости обследуемого и диагностику синдрома избыточного бактериального роста (СИБР) путем определения исходного содержания водорода до приема тестовой нагрузки с последующим определением нагрузочных содержаний водорода через 15 и 30 мин после приема тестовой нагрузки.
Изобретение относится к профилактической медицине и лабораторной диагностике, предназначено для выявления функциональных резервов при скрининговом эпидемиологическом обследовании больших контингентов работающих.

Изобретение относится к детектированию, классификации и идентификации биологических и не биологических частиц в окружающей среде, в частности к мультиспектральным системам измерения, и может быть использована для обнаружения опасных частиц аэрозоля.

Изобретение относится к области медицины, в частности к пульмонологии, для экспресс-диагностики бронхо-легочных заболеваний. .

Изобретение относится к области гидрометеорологии контроля окружающей среды и может быть использовано для определения концентрации нитратных соединений (взвешенных частиц) в атмосферном воздухе населенных мест.

Изобретение относится к медицине, точнее к профилактической медицине, гигиене, и может быть использовано для определения риска вредного воздействия пестицидов на работающих при их применении в условиях сельскохозяйственного производства, в фермерских и личных хозяйствах и других отраслях.

Изобретение относится к медицинским токсикологическим исследованиям, в частности к санитарной токсикологии. .

Изобретение относится к медицине, а именно к клинической лабораторной диагностике рака желудка. .

Группа изобретений относится к медицине. Способ контроля дыхания субъекта реализуют с помощью устройства для контроля дыхания. При этом принимают газ в измерительную ячейку из канала, который соединен по текучей среде с дыхательными путями субъекта с помощью приспособления сопряжения, которое вставлено в дыхательные пути субъекта. Измерительная ячейка сконфигурирована для выкачивания газа, принятого из канала. Формируют с помощью детектора состава выходные сигналы относительно состава газа, принятого в измерительную ячейку. Формируют с помощью детектора давления выходные сигналы относительно давления в канале. Идентифицируют с помощью процессора дыхание на основе выходных сигналов относительно давления в канале. Определяют с помощью процессора параметр дыхания на основе выходных сигналов относительно состава газа и на основе идентифицированного дыхания. Определяют с помощью процессора тип приспособления сопряжения на основе выходных сигналов детектора давления. Определяют с помощью процессора параметр дыхания на основе выходных сигналов детектора состава и на основе определенного типа приспособления сопряжения. Достигается повышение точности измерения параметра дыхания посредством определения типа приспособления сопряжения, которое вставляется в дыхательные пути субъекта, и последующей коррекции контролируемых параметров дыхания согласно обнаруженному типу приспособления сопряжения. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области диагностики и может быть использовано для тестирования и корректировки работы алкометра. Портативный картридж со стандартным спиртовым газом для алкометра содержит стандартный спиртовой газ с предварительно заданной концентрацией и выполнен с возможностью отображения значения указанной концентрации на внешней поверхности картриджа (1) или его сохранения на запоминающем носителе, предусмотренном на картридже (1). Картридж (1) имеет выходное отверстие, выполненное с возможностью соединения с алкометром (30) для выпуска стандартного спиртового газа в алкометр (30) и герметично закрытое мягкой мембраной (16). Картридж (1) также содержит внутренний контейнер из мягкого материала, в котором содержится стандартный спиртовой газ с предварительно заданной концентрацией, и внешний кожух (10) из твердого материала для защиты внутреннего контейнера. При соединении картриджа (1) с алкометром (30) происходит протыкание мягкой мембраны (16) и обеспечивается возможность перетекания стандартного спиртового газа из внутреннего контейнера в алкометр (30). Изобретение обеспечивает упрощение конструкции картриджа и повышает его надежность. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для диагностики наличия инфекции Helicobacter pylori у пациента по выдыхаемому воздуху. Для этого у пациента проводят определение содержания аммиака с сопутствующими органическими аминами в воздухе ротовой полости в период активного гидролиза мочевины в интервале с 1 до 9-й мин после приема мочевины. При этом используют несколько датчиков газа, которые подбирают таким образом, чтобы чувствительность каждого вспомогательного датчика к газу, к которому перекрестно чувствителен основной датчик, была выше чувствительности основного датчика к данному газу. Основным датчиком является датчик, чувствительный к аммиаку, а вспомогательными - датчики, чувствительные к парам спирта и летучим органическим соединениям. Показания основного датчика корректируют с учетом показаний вспомогательных датчиков и по скорректированным показаниям судят о степени инфицированности пациента бактерией Helicobacter pylori. Группа изобретений относится также к устройству для реализации указанного способа. Группа изобретений позволяет уменьшить погрешность измерения концентрации аммиака в выдыхаемом пациентом воздухе, вносимой воздействием на датчик примесных газов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Наверх