МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АКУСТИЧЕСКОЙ ИМПЕДАНСОМЕТРИИ ЛЕГКИХ

  • Sergey P. Dragan Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА России https://orcid.org/0000-0003-1576-3759
  • Aleksey V. Bogomolov Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА России https://orcid.org/0000-0002-7582-1802
  • Vladimir I. Kezik Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА России https://orcid.org/0000-0001-9836-845X
  • Sergey V. Drozdov Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА России https://orcid.org/0000-0002-7130-0989
Ключевые слова: дыхательная система, диагностика функции внешнего дыхания, импеданс дыхательной системы, импульсная осциллометрия, двухмикрофонный метод, измерение импеданса, резонансные характеристики дыхательной системы, биофизика легких, акустическая импедансометрия

Аннотация

Обоснование. Пандемия, обусловленная новой коронавирусной инфекцией, обусловила актуальность развития неинвазивных методов экспресс-исследования функции внешнего дыхания в интересах медицинской диагностики и разработки средств индивидуальной защиты от инфекционных заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем.

Цель. Целью исследования являлось изучение возможности повышения информативности диагностики состояния дыхательной системы путем измерения акустического импеданса модернизированным методом двух микрофонов.

Материалы и методы. Экспериментальное изучение импедансных и биофизических характеристик легких проведено на группах здоровых (12 голов) и больных пневмонией (7 голов) кроликов-самцов весом 2,5-3 кг. Для исследования акустических характеристик легких использован прямой метод импедансометрии, основанный на двухмикрофонной технике измерений, определение биофизических показателей легких основано на измерении их веса и объема.

Результаты. Экспериментально установлен факт увеличения активных потерь энергии низкочастотных акустических колебаний при их распространении в дыхательной системе, что позволяет создать информативный критерий диагностики ее состояния. При обследовании здоровых легких с применением акустической импедансометрии активные потери энергии акустических колебаний на низких частотах не должны существенно отличаться от соответствующих значений потерь энергии таких колебаний на резонансной частоте. При нарушениях проводимости воздухоносных путей или при наличии экссудата в легких активные потери на низких частотах будут существенно превышать потери на резонансной частоте: чем хуже состояние легких, тем выше будут потери. Установлено, что наличие в легких полости, имеющей собственную резонансную частоту, приводит к снижению резистанса дыхательной системы на этих частотах.

Заключение. Экспериментально зарегистрированный факт снижения резистанса на частотах ниже резонансной частоты дыхательной системы позволяет объяснить недостаточную диагностическую информативность импульсной осциллометрии. Для повышения чувствительности и специфичности импульсной осциллометрии необходимо не ограничиваться определением акустических показателей только на частотах 5 и 20 Гц, а определять их в расширенном диапазоне частот c более детализированным шагом.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Sergey P. Dragan, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА России

д-р техн. наук, заведующий лабораторией

Aleksey V. Bogomolov, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА России

д-р техн. наук, профессор, ведущий научный сотрудник

Vladimir I. Kezik, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА России

старший научный сотрудник

Sergey V. Drozdov, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА России

старший научный сотрудник

Литература

Список литературы / References

Alekhin M. D., Anishchenko L. N., Zhuravlev A. V., Ivashov S. I., Korostovtseva L. S., Sviryaev Y. V. Estimation of information value of diagnostic data obtained by bioradiolocation pneumography in non-contact screening of sleep apnea syndrome. Biomedical Engineering, 2013, vol. 47, no. 2, pp. 96-99. https://doi.org/10.1007/s10527-013-9343-8

Alekhin M., Anishchenko L, Tataraidze A, Ivashov S, Parashin V, Korostovtseva L. A novel method for recognition of bioradiolocation signal breathing patterns for noncontact screening of sleep apnea syndrome. International Journal of Antennas and Propagation, 2013. https://doi.org/10.1155/2013/969603

Alekhin M.D., Bogomolov A.V., Kukushkin Y.A. Methods for analysis of respiratory patterns during non-contact monitoring of psychophysiological states of ergatic systems operators. Aerospace and environmental medicine, 2019, vol. 53, no. 2, pp. 99-101.

Bednarek M., Grabicki M., Piorunek T., Batura-Gabryel H. Current place of impulse oscillometry in the assessment of pulmonary diseases. Respiratory Medicine, 2020, p. 170. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2020.105952

Berger K. I., Wohlleber M., Goldring R. M., Reibman J., Farfel M. R., Friedman S. M. Respiratory impedance measured using impulse oscillometry in a healthy urban population. ERJ Open Research, 2021, vol. 7, no. 1, pp. 00560-2020. https://doi.org/10.1183/23120541.00560-2020

Bogomolov A. Information technologies of digital adaptive medicine. Automation and Information, 2021, vol. 20, no. 5, pp. 1153-1181. https://doi.org/10.15622/ia.20.5.6

Bogomolov A. V., Dragan S. P. Mathematical justification of the acoustic method for measuring the impedance of the respiratory tract. Doklady Biochemistry and Biophysics, 2015, vol. 464, no. 1, pp. 319-321. https://doi.org/10.31857/S0869-5652487197-101

Bogomolov A.V., Dragan S.P., Erofeev G.G. Mathematical model of sound absorption by lungs with acoustic stimulation of the respiratory system. Doklady Biochemistry and Biophysics, 2019;487(1):247-250. https://doi.org/10.1134/S160767291904001X

Desai U., Joshi J. M. Impulse oscillometry. Advances in Respiratory Medicine, 2019, vol. 87, no. 4, pp. 235-238. https://doi.org/10.5603/ARM.a2019.0039

Dragan S. P., Bogomolov A. V. A method for acoustic impedance spectroscopy of the respiratory tract. Biomedical Engineering, 2016, vol. 49, no. 5, pp. 278-282. https://doi.org/10.1007/s10527-016-9548-8

Dragan S. P., Bogomolov A. V. Method for assessing human acoustic safety. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 2021, vol. 13, no. 1, pp. 259-278. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2021-13-1-259-278

Dragan S. P., Bogomolov A. V., Kezik V. I. Analysis of impedance characteristics of the respiratory systems of animals and human. Russian Journal of Biomechanics, 2020, vol. 24, no. 2, pp. 187-195. https://doi.org/10.15593/RZhBiomeh/2020.2.06

Dragan S. P., Bogomolov A. V., Kotlyar-Shapirov A. D., Kondrat’eva E. A. A method for investigation of the acoustic reflex on the basis of impedance measurements. Biomedical Engineering, 2017, vol. 51, no. 1, pp. 72-76. https://doi.org/10.1007/s10527-017-9687-6

Dragan S. P., Kezik V. I., Bogomolov A. V. Physiological aspects of lung impedansometry. News of the Russian Academy of Sciences. Biological series, 2022, no. 2, pp. 181-190. https://doi.org/10.31857/S1026347022010061

Dragan S. P., Veselovsky I. A., Komarov D. B., Bogomolov A. V. Hardware-software complex for experimental study of behavioral reactions of laboratory animals. Instruments and technique of experiment, 2021, no. 6, pp. 131-132. https://doi.org/10.31857/S0032816221060082

Frey U., Suki B., Kraemer R., Jackson A. Human respiratory input impedance between 32 and 800 Hz, measured by interrupter technique and forced oscillations. Journal of Applied Physiology: Respiratory, Environmental and Exercise Physiology, 1997, vol. 82, no. 3, pp. 1018-1840. https://doi.org/10.1152/jappl.1997.82.3.1018

Ivanova S. N. Public health and health care development in the regions of Russia. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 2021, vol. 13, no. 2, pp. 47-63. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2021-13-2-47-63

Jabonski I. Nonstandardized lung function tests. Lung Function Testing in the 21st Century. Methodologies and Tools Bridging Engineering to Clinical Practice, 2018, pp. 49-80.

Kiryukhina L. D., Volodich O. S., Denisova N. V., Nefedova N. G., Kovaleva S. A., Archakova L. I. Impulse oscillometry in the diagnosis of obstructive ventilation disorders in pulmo-nary tuberculosis patients. Tuberculosis and Lung Diseasesthis link is disabled, 2019, vol. 97, no. 11, pp. 34-40. https://doi.org/10.21292/2075-1230-2019-97-11-34-40

Kouri A., Dandurand R. J., Usmani O. S., Chow C. Exploring the 175-year history of spirometry and the vital lessons it can teach us today. European Respiratory Review, 2021, vol. 162, no. 30. https://doi.org/10.1183/16000617.0081-2021

Liang X., Zheng J., Gao Y., Zhang Z., Han W., Du J. Clinical application of oscillometry in respiratory diseases: an impulse oscillometry registry. ERJ Open Research, 2022, vol. 8, no. 4. https://doi.org/10.1183/23120541.00080-2022

Lipworth B., Chan R. Normal spirometry equates to normal impulse oscillometry in healthy subjects. Respiratory Research, 2021, vol. 22, no. 1. DOI: 10.1186/s12931-021-01693-0

Lu L., Peng J., Zhao N., Wu F., Tian H., Yang H. Discordant Spirometry and Impulse Oscillometry Assessments in the Diagnosis of Small Airway Dysfunction. Frontiers in Physiology, 2022, no. 13. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.892448

Lundblad L. K. A., Siddiqui S., Bossé Y., Dandurand R. J. Applications of oscillometry in clinical research and practice. Canadian Journal of Respiratory, Critical Care, and Sleep Medicine, 2021, vol. 5, no. 1, pp. 54-68. https://doi.org/10.1080/24745332.2019.1649607

Peng J., Wu F., Tian H., Yang H., Zheng Y., Deng Z. Clinical characteristics of and risk factors for small airway dysfunction detected by impulse oscillometry. Respiratory Medicine, 2021, no. 190. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2021.106681

Porojan-Suppini N., Fira-Mladinescu O., Marc M., Tudorache E., Oancea C. Lung function assessment by impulse oscillometry in adults. Therapeutics and Clinical Risk Management, 2020, no. 16, pp. 1139-1150. https://doi.org/10.2147/TCRM.S275920

Semenova E., Kameneva M., Tishkov A. Relationship between the impulse oscillometry parameters and the lung damage in idiopathic pulmonary fibrosis patients. European Respiratory Journal, 2013, no 42 (suppl. 57), p. 1284.

Shabalina D. O., Tsibul’skaya N. Yu., Kozlov E. V., Khar’kov E. I. Starting antibiotic therapy of community-acquired pneumonia in real clinical practice. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 2020, vol. 12, no. 3, pp. 40-54. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2020-12-3-39-54

Smith H. J., Reinhold P., Goldman M. D. Forced oscillation technique and impulse oscil-lometry. Lung Function Testing: European Respiratory Society Monograph. Sheffield, England: European Respiratory Society, 2005, p. 72-105. https://doi.org/10.1183/1025448x.00031005

Thamrin C., Finucane K.E., Singh B., Hantos Z., Sly P. Volume dependence of high-frequency respiratory mechanics in healthy adults. Annals of Biomedical Engineering, 2008, vol. 36, no. 1, pp. 162-170. https://doi.org/10.1007/s10439-007-9391-x

Ushakov I. B., Bogomolov A. V. Diagnostics of human functional states in priority studies of Russian physiological schools. Medico-Biological and Socio-Psychological Issues of Safety in Emergency Situations, 2021, no. 3, pp. 91-100. https://doi.org/10.25016/2541-7487-2021-0-3-91-100

Xu J., Sun X., Zhu H., Cao Y., Pudasaini B., Yang W. Long-term variability of impulse oscillometry and spirometry in stable COPD and asthma. Respiratory Research, 2022, vol. 23, no. 1. https://doi.org/10.1186/s12931-022-02185-5

Zinkin V., Vasilyeva I., Bespalov V., Osetrov A. High-intensity low-frequency acoustic vibrations have the critical effect on the lungs. Akustika, 2019, no. 32, pp. 5-9.


Просмотров аннотации: 86
Загрузок PDF: 67
Опубликован
2023-04-30
Как цитировать
Dragan, S., Bogomolov, A., Kezik, V., & Drozdov, S. (2023). МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АКУСТИЧЕСКОЙ ИМПЕДАНСОМЕТРИИ ЛЕГКИХ. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 15(2), 221-242. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2023-15-2-221-242
Раздел
Здравоохранение и профилактическая медицина