用肺音测定慢性阻塞性肺疾病中Pendelluft的含量

摘要

客观的．pendelluft现象在五十多年前就被描述过。在阻力和弹性有区域差异的病人中，气体在吸气开始时从一些肺泡进入另一些肺泡。气体在吸气结束时向相反的方向运动。本研究的目的是应用肺音测图的方法，以提供气体流动的区域信息，研究COPD患者pendelluft。方法．使用16通道肺声音分析仪收集COPD患者的声音()及年龄匹配正常值()．在吸气开始时，Pendelluft预计会导致水疱音，领先气管音几毫秒。吸气结束时的Pendelluft预计会产生滞后于气管音的水疱音。计算了14个胸壁部位的引线和滞后时间。结果．COPD患者的前置时间明显更长: ms对ms在控制()．慢阻肺患者的延迟时间也明显更长: 慢性阻塞性肺病患者ms与对照研究ms在控制().当通过气管吸气持续时间进行标准化时，导联为慢性阻塞性肺病和%为控件()．滞后的慢性阻塞性肺病和%为控件()．超前和滞后均与黄金期存在中度相关(相关系数为0.43)。结论．COPD患者导联和滞后时间的增加与其他方法观察到的pendelluft现象一致。

1.介绍

影响COPD患者通气分布的机械因素已经引起了广泛的关注。Otis等人的里程碑式研究表明，在正常年轻人中，肺顺应性在很大的呼吸频率范围内没有变化[1]作者由此推断，正常肺中不同通路的时间常数基本相同，通气分布与呼吸频率无关。相反，在诱发支气管痉挛的正常受试者以及哮喘和肺气肿患者中，肺顺应性随着呼吸频率的增加而下降。作者假设，这些观察结果是由于在不同的路径中有相当多的时间常数不平等造成的。因此，作者认为，由于这些因素，通气分布随呼吸频率的变化而改变。当然，这些患者在正常呼吸或深呼吸时可能存在时间常数不均，在这些情况下，通气分布不均匀。事实上，大量使用放射性技术的研究证实了这些观察结果[2］．时间常数的不相等导致空气在吸气开始时在肺区域之间的短暂运动，在空气开始在气管流动之前。在吸气结束时，当气管中的气体刚刚停止流动时，空气向相反的方向流动。这种现象被称为pendelluft [1］．

多通道肺声测图已知可提供区域气体流动信息[3.- - - - - -5］．由于计算机肺音分析是非侵入性的，可以在床边方便地使用，它能够记录pendelluft的大小，有助于慢性阻塞性肺病的诊断和监测。在吸气开始时，Pendelluft预计会导致水疱音，领先气管音几毫秒。吸气结束时的Pendelluft预计会产生滞后于气管音的水疱音。在本文中，我们检验了计算机肺音分析在这些领先和滞后测量的基础上区分COPD患者与对照组的能力。

2.材料和方法

2．1．病人的选择

本研究从一组进行过肺音分析的患者中选择患者，作为疾病过程与肺音模式相关性更广泛研究的一部分。这个数据库包括一千多名病人，我们有他们的诊断和肺音分析。为选择本研究的患者，我们确定了由临床医生护理的患者(对照组)所确定的无公认心肺功能障碍的受试者和由肺病专科医生就诊的慢性阻塞性肺病(COPD)患者，见表1．

受试者使用16通道肺声音分析仪(听诊器型号STG1602)进行检查，图1．Murphy等人和bergstress ser等人详细描述了STG [6，7］．简言之，STG使用安装在听诊器胸片上的驻极体麦克风在PC上记录数据。14个麦克风合并在一个软泡沫麦克风垫，图1．

用气管麦克风监测通气情况。这种方法可以估计气体流量。在本研究使用的流速下，气管气体流量与声幅均方根成正比:气体流量加倍，声幅均方根近似加倍[4，8- - - - - -14］．

为了避免吸气和呼气相之间的混淆，操作者在记录时根据患者的腹部运动来确定吸气相的开始和结束。

8号麦克风是用来记录心音的，但在这项研究中没有分析这些。麦克风垫放在担架上。受试者被指示以仰卧位躺在麦克风垫上。受试者被要求比正常情况下做更深的呼吸。通常在20秒的录音中记录3到6次完整的呼吸。

除非另有说明，结果以平均值±标准差表示。学生的-检验用于比较各组间的变量。的值被认为意义重大。

这项研究得到了布里格姆和妇女/福克纳医院的机构审查委员会的批准(2005-P-001559协议)，并获得了所有患者或其近亲的书面同意。

2．2.数据分析

为了确定每个通道的吸气开始和结束，对来自气管部位和14个胸腔通道的肺音进行80 ~ 500 Hz的频带过滤。数字2(a)显示单声道呼吸声的时幅图。计算出时间幅值信号绝对值的车厢运行平均值，如图所示2(b).平均窗口宽度为0.5秒。灵感的开始被定义为信号达到其最大水平的25%的时间(图2左垂直线)。灵感的结束被定义为信号刚刚降到最大值的25%以下的时间(图)2右垂直线）。任意选择25%的阈值。

灵感的开始和结束被确定在所有15个渠道。每个通道波形下面的细绿线表示灵感在该通道的持续时间。粗的垂直的黑色线表示气管吸气的开始和结束，图示3.．从气管开始吸气的时间减去每个胸壁部位开始吸气的时间，得到前置时间。在图中的例子中3.，导联为0.2秒。同样，从每个胸壁部位的吸气结束时间中减去气管吸气结束时间，得出滞后时间。在图中的示例中3.，滞后0.6秒。

身体图中显示了每个通道在所有呼吸上的平均超前和滞后4．圆直径与每个通道测量的超前和滞后值成正比。

为了比较患者之间的铅和滞后，我们平均了所有胸腔通道的铅和滞后。此外，我们还显示了引导和滞后的规范化时间在气管吸气。

除了超前和滞后计算外，我们通过计算14个胸腔通道之间超前和滞后的标准差来评估14个胸腔通道的异步性。请注意，异步变化与领先和滞后无关。肺音在所有胸腔通道中领先气管音一秒，导致平均领先1.0秒，无异步性。肺音仅在一个胸腔通道中领先气管音1秒，平均领先0.071秒，异步0.267秒。

3.结果

图中显示了一名对照组和一名COPD患者的声音示例4(一)和4 (b)中心面板。竖线标志着在气管上记录的吸气声的开始和结束。注意，在控制主题中，图4(一)，吸气声在胸部和气管几乎同时开始和结束。COPD患者，图4 (b)，胸部部位的吸气肺音在吸气开始时引导气管音，在吸气结束时滞后气管音。各通道之间的超前和滞后变化很大。

交货期在图中的主体图上重叠显示4(左面板。圆的直径与时间延迟成正比。每个胸壁部位的滞后也被显示出来，图4,对面板。

所有患者铅和滞后的平均值±标准差见表2．请注意，慢性阻塞性肺病患者的先导和滞后均明显大于对照组()．

气管吸气时间归一化的超前和滞后的均值±标准差见表3.．

异步的平均值±标准偏差如表所示4．

铅、滞后和异步与GOLD阶段和吸烟史中度相关，表5．领先、滞后和异步与患者的年龄或性别关系不大，Table5．

4.讨论

在正常受试者中，当吸气时胸部扩张时，肺部均匀扩张，气管上方的气流很快开始。在COPD中，由于阻力和弹性的区域差异，在气管开始任何显著气流之前，肺部扩张不太均匀，空气在肺区之间流动。这种现象五十多年前Otis等人描述的menon被称为pendelluft[1］．

肺音是由肺内气体流动引起的，并受记录位置附近组织的病理生理学影响。这些声音的振幅通常被认为反映了肺的通气。事实上，临床医生通常使用“良好的进气性”这样的短语来描述听诊观察结果。这一观点有相当多的科学依据，对肺音的研究表明，声学测量和流速之间存在相关性[3.- - - - - -5，8- - - - - -13，15，16］．虽然声振幅测量的临床价值尚未得到广泛应用，但一项研究表明，它有助于指导呼吸机病人应接受的peep量[5］．

由于肺音可以被计算机技术检测和量化，我们开始用肺音来研究pendelluft。通过计算胸部传感器开始吸气声和气管开始吸气之间的时间差来评估吸气开始时从一些肺泡到另一些肺泡的气体运动。COPD患者胸部上方吸气音比气管音领先123±107 ms，而对照组为48±59 ms ()类似地，COPD患者在吸气结束时，胸部上方的声音滞后于气管声音269±249，而COPD患者的气管声音滞后于147±124 控制中的ms()．

超前和滞后均与GOLD阶段(相关系数均为0.43)和吸烟史(相关系数分别为0.33和0.34)存在中度相关。

胸部通道之间的异步性也被调查。COPD患者吸气开始时的异步性(先导异步性)为16±14%，而对照组为5±6% ()．COPD患者在呼气末的不同步(滞后不同步)为32±26%，而对照组为15±13% ()．异步性与GOLD阶段(领先异步性相关系数为0.43，滞后异步性相关系数为0.46)和吸烟史(相关系数为0.34,0.37)存在中度相关。生理上的异步性可能与pendelluft有关，因为它与超前和滞后测量高度相关(相关系数分别为0.98和0.99)。换句话说，高超前异步的患者也有高超前，高滞后异步的患者也有高滞后。

奥蒂斯和他的同事们证明，呼吸加快有助于pendelluft的形成[1］．因此，我们试图研究喘息对铅和滞后的影响。然而，这种努力是不成功的，因为我们不能可靠地检测吸气声的开始和结束。

我们不认为COPD患者的超前和滞后增加以及不同步性增加是由于肌肉噪音，因为肌肉噪音的频率明显低于肺部声音的频率：肌肉噪音功率在60%左右衰减到接近零 而肺部声音在100到150赫兹左右达到最大值 此外，我们还通过带通过滤肺音，频率在80到80赫兹之间 赫兹和500赫兹 因此，在进行超前和滞后分析之前，肌肉噪音会被过滤掉。

研究发现，pendelluft的程度可以在床边使用不需要辐射暴露或昂贵设备的非侵入性技术进行表征，这可能有助于研究人员进行各种各样的研究，有助于提高对异常生理的理解。这包括研究区域通风的不均匀性和与这一常见问题相关的因素。进一步的研究可以通过其他技术来评估铅和滞后与通风异质性的关系。此外，还应研究患者内和患者间的变异性，以及导联和滞后对呼吸速率和患者体位的依赖。

通过计算导联和滞后在鉴别COPD患者与正常对照中的敏感性和特异性来评估其诊断价值。导联特异性为0.96，敏感性为0.41。延迟特异性为0.94，敏感性为0.42。铅和滞后测量的低灵敏度使得它们作为鉴别诊断COPD的唯一测量方法效率低下。然而，它们的高特异性使铅和滞后作为疾病的额外标记有用。

总而言之，这项技术，因为它是简单的执行旁边，有潜力提供更好的理解各种肺疾病的病理生理学。

信息披露

Raymond Murphy博士在听诊器公司拥有财务权益。

致谢

本文部分由NIH SBIR (1R43HL70480-01)和stethographic, Inc.资助。

参考文献

1. A. B. Otis, C. B. Mckerrow, R. A. Bartlett等，“机械因素在肺通气分布中的作用”，应用生理学杂志，第8卷，第2期4，页427 - 443,1956。视图:谷歌学术搜索
2. 慢性阻塞性肺疾病中气流限制的病理生理学《柳叶刀》，第364卷，no. 22004年9月。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
3. J. R.奈恩和M.特纳-沃里克，《肺气肿中的呼吸音》，英国胸腔疾病杂志，第63卷，第2期1，第29-37页，1969。视图:谷歌学术搜索
4. P. LeBlanc, P. T. Macklem，和W. R. D. Ross，《呼吸音和肺通气分布》，美国呼吸系统疾病评论第102卷第1期1，第10-16页，1970年。视图:谷歌学术搜索
5. S.Lev，Y.A.Glickman，I.Kagan等人，“作为呼气末正压函数的肺音区域分布变化，”急救护理，第13卷，第2期3, 2009年第R66条。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
6. R. Murphy， "为听诊器辩护"呼吸道护理，第53卷，第53期3，页355-369,2008。视图:谷歌学术搜索
7. T. bergresser, D. Ofengeim, a . Vyshedskiy, J. Shane，和R. Murphy，“声音在肺中的传输作为肺容量的功能，”应用生理学杂志第93卷第5期2，页667-674,2002。视图:谷歌学术搜索
8. C. L. Que, C. Kolmaga, L. G. Durand, S. M. Kelly, P. T. Macklem，“无创通气测量的声气测量法:方法学和初步结果”，应用生理学杂志第93卷第5期4，第1515-1526页，2002。视图:谷歌学术搜索
9. N. Gavriely和D. W. Cugell，《气流对正常呼吸音振幅和频谱含量的影响》，应用生理学杂志，第80卷，第2期。1，第5-13页，1996。视图:谷歌学术搜索
10. S. S. Kraman，“正常受试者的气流和肺声幅之间的关系”，胸部，第86卷，第86期2，页225-229,1984。视图:谷歌学术搜索
11. B. E. Shykoff, Y. Ploysongsang, H. K. Chang，“气流和正常肺音”，美国呼吸系统疾病评论第137卷第1期4，第872-876页，1988。视图:谷歌学术搜索
12. G. Soufflet, G. Charbonneau, M. Polit等人，“气管声音和流速之间的相互作用:对肺部声音不同流量评估的比较，”生物医学工程汇刊，第37卷，第2期4，第384-390页，1990。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
13. Y. Ploysongsang, V. K. Iyer, P. A. Ramamoorthy，“适应性过滤后正常肺音的特征”，美国呼吸系统疾病评论，第139卷，第139期4，第951-956页，1989。视图:谷歌学术搜索
14. a . Vyshedskiy, S. Ishikawa，和R. Murphy，“在肺炎、充血性心力衰竭和间质性肺纤维化患者的一次检查中，裂纹音调和频率没有显著变化，”呼吸道护理第56期6, pp. 806-817, 2011。视图:出版商网站|谷歌学术搜索
15. H. Pasterkamp, S. S. Kraman，和G. R. Wodicka，“呼吸音:超越听诊器的进步，”美国呼吸和重症监护医学杂志第一百五十六卷第一百五十六期3，页974-987,1997。视图:谷歌学术搜索
16. N.Gavriely、M.Nissan、A.E.Rubin和D.W.Cugell，“正常受试者胸壁呼吸音的频谱特征，”胸腔，第50卷，第5期。12，页1292-1300,1995。视图:谷歌学术搜索

版权

版权所有©2012安德烈·维谢斯基和雷蒙德·墨菲。这是一篇发布在知识共享署名许可协议，允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制，但必须正确引用原作。