哮喘急性發作時呼吸音的分析研究

陳 菲 王 真

(首都醫科大學附屬北京世紀壇醫院急診科，北京100038)

支氣管哮喘是一種慢性的氣道炎性反應疾病，這種慢性炎性反應導致氣道高反應性和廣泛多變的可逆性氣流受限，臨床以發作性的喘息、胸悶、咳嗽為特征［1］。哮喘急性發作期由于存在支氣管痙攣導致的氣流阻滯，可在呼氣相聽到明顯的哮鳴音，因此，呼吸音為哮喘的診斷提供了重要的臨床信息，但這種由于氣流阻滯產生的呼吸音并沒有得到詳細和嚴格的分析。聲學的研究［2］表明，比起通常應用的聽診器聽診法，很多有臨床意義的信息可以通過對呼吸音的研究而得到。

本研究通過利用計算機處理的呼吸音分析技術，分析在正常個體和哮喘患者之間、在急性發作和臨床癥狀改善之后的呼吸音模式的變化，目的在于更深入地了解哮喘的發病機制和臨床表現，以及將呼吸音分析技術更廣泛地應用于臨床。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本研究中的22例患者均為以呼吸困難為主訴就診于首都醫科大學附屬北京世紀壇醫院急診科、并診斷為支氣管哮喘。為保證研究結果的準確性，本研究除外了合并有肺氣腫、存在血流動力學不穩定、有肋骨或脊柱畸形、或不能自行坐位的患者。22例患者來院后均給予了支氣管擴張劑和激素的治療，其中有14例患者經治療緩解后加入本研究。15例無已知的心肺疾病并且胸部X光片檢查正常(根據放射科正式報告)的健康志愿者組成了對照組，其平均年齡為(43±11)歲。

1.2 步驟和方法

呼吸音是通過一個振動響應成像裝置(Deep Breeze公司，Or-Akiva，以色列)獲得的。這是一種非侵入性的以聲學為基本原理的動態成像技術，可顯示整個呼吸周期呼吸音的振動能量的分布［3］。其方法是用36個由計算機控制的真空吸附感受器(平均分2組，每側肺為1組)附著于被研究者的背部，通過這些感受器感受并記錄傳導過來的呼吸音的振動能量。研究對象被要求在20 s的記錄時間內做深呼吸，從而形成一個隨時間變化的動態的呼吸音振動能量的影像和曲線圖。

在振動傳遞所形成的曲線圖中，每側肺的振動能量的分貝隨時間的推移被連續地標示出來。以時間為x軸、分貝為y軸，對此圖形進行描述性分析和統計學分析。

圖1 呼吸音影像和曲線圖Fig.1 Representative vibration energy image and breath energy graphs

1.3 統計學分析

采用SPSS15.0統計學軟件進行數據分析，服從正態分布的計量數據以均數±標準差(±s)表示，多組間比較使用單因素方差分析法和LSD法，不服從正態分布的計量數據以中位數(P25，P75)表示，使用配對或非配對秩和檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

22例入選患者的臨床特征詳見表1。

呼吸音的動態影像圖(呼吸音圖):1例健康對象的呼吸音圖(圖1A)，首先從圖像上可以看到其最大的振動能量峰(vibration energy peaks，VEPs)發生在吸氣期，并呈現出能量均勻分布所形成的光滑勻稱的曲線。而且左右肺呼氣和吸氣VEPs的達峰時間基本同步，在時間軸上呈現出吸氣和呼氣峰重疊的曲線。1例哮喘急性發作患者的呼吸音圖(圖1B)，可看出明顯不同于健康個體。首先，其最大的VEPs不是發生在吸氣期，而是發生在呼氣期。其次，哮喘患者左右肺的呼氣和吸氣VEPs的達峰時間均不同步，呈現出明顯的雙峰曲線。

表1 患者的特征Tab.1 Patient characteristics n=22

對左右肺達到VEPs時間的數據分析顯示，健康對照組與哮喘發作組之間差異有統計學意義。在對照組，兩肺吸氣時的VEPs基本上是同時發生的，其VEPs時間間隔為(0.004±0.014)s。呼氣時的VEPs同樣也是同步發生的，左右肺的VEPs時間間隔為(0.006±0.012)s。而在發作期的哮喘患者，左右肺之間的VEPs間隔卻明顯增寬(P＜0.05)，吸氣時的VEPs間隔為(0.03±0.04)s，呼氣時的 VEPs間隔為(0.14±0.09)s，詳見表2。經治療臨床癥狀改善后出院的患者(14例)，其左右肺呼氣時的VEPs間隔從發作時的(0.15±0.07)s減少至(0.04±0.04)s，差異有統計學意義發作時的(P＜0.01)，詳見表3。

呼氣峰流量(peak expiratory flowrate，PEF)與哮喘患者呼吸的不同步的關系:本研究將左右肺不同步的程度按呼氣時VEPs的時間間隔分別定義為:輕度(＜0.075 s)、中度(0.075 s至0.175 s之間)以及重度(＞0.175 s)。由此將哮喘患者分為3組:輕度不同步(7例)、中度不同步(8例)以及重度不同步(7例)。在重度不同步組，其平均PEF為(215±81)L/min，顯著低于輕度不同步組的平均PEF值(318±82)L/min，差異有統計學意義(P＜0.05)，詳見圖2。

表2 健康志愿者和哮喘患者左右肺呼吸的同步/不同步性Tab.2 Left and right lung synchrony/asynchrony during inspiration and expiration in healthy volunteers and asthma patients during acute exacerbation M(P25，P75)

表3 哮喘患者在發作和緩解期左右肺呼吸的不同步性Tab.3 Left and right lung asynchrony during inspiration and expiration in asthma patients during acute exacerbation and after clinical improvement M(P25，P75)

圖2 哮喘患者呼氣時左右肺不同步性與呼吸峰流量的關系Fig.2 Left and right lung asynchrony during expiration versus peak expiratory flowrate in asthma patients

3 討論

哮喘時，氣道病變產生的影響并不是均一的。哮喘患者的第1 s用力呼氣量(forced expiratory volume，FEV)和呼氣峰流速(peak expiratory flow，PEF)下降，但這并非由于支氣管樹平滑肌均勻一致程度的痙攣所致。實際上，哮喘在病理學上涉及一系列的不同程度的氣道狹窄，包括一些氣道的完全梗阻。應用形態測量學數學模型，可以闡明哮喘患者的氣道高反應性是由于氣道梗阻的不均勻性所致［4］。PEF可用來監測氣流受限性疾病發作時的氣流阻力并且與疾病的嚴重程度相關［5-7］。

由于動態的呼吸音二維圖像可以記錄及顯示左右肺的呼吸音能量，因此，本課題組開展并運用了這種二維圖像成像法對哮喘患者進行了分析研究。本研究顯示，正常個體的呼吸音模式中，其吸氣振動的音域窄而尖銳，左右肺基本同步。而哮喘患者的呼吸音模式與正常個體有很大差異。第一，哮喘發作時呼吸音的最大VEPs發生在呼氣期而不是吸氣期，這提示與哮喘的氣流受限有關，反映了哮喘患者氣道阻力增加的特點，即在哮喘發作期，呼氣時氣道受阻的程度明顯大于吸氣時氣道受阻的程度。第二，哮喘時左右肺VEPs出現的時間點不同，存在著時間間隔，尤其是呼氣時的VEPs間隔更明顯，即存在不同步，反映了哮喘患者左右肺病生理變化的不同步性，這可能是由于左右肺不同肺段的支氣管分支由于氣體阻滯程度不同而致氣流不均勻的表現。第三，治療后緩解的哮喘患者的呼吸音模式可以轉化為類似正常個體的模式，并且差異有統計學意義，這一點也恰恰為哮喘患者左右肺呼吸音的不同步性提供了證據。

對阻塞性氣道疾病的研究一直在積極進行，如對病灶處的氣流阻滯、結構不均勻以及氣流不同步性的闡述等。Tgavalekos等［8］使用正電子發射斷層掃描將斷層重組成三維模型，以此來進行不均勻性的分析。Holmes等［9］描述了在吸入He-30氣體的同時進行磁共振快速連續的掃描，以此來記錄及判斷氣體阻滯和通氣不足的程度。Tanaka等［10］運用動態平面檢測技術獲得一系列胸部X光片，通過對像素的密度變化進行數學分析來闡明通氣分布的差異。雖然上述的這些研究都有其各自的特點，但共同點在于都能記錄肺與肺之間的不均勻性，并且可以繼續追蹤和記錄其隨時間發生的變化。

總之，在本研究中，運用呼吸音成像分析技術測量了哮喘急性發作時的氣流阻滯的振動能量，分析了哮喘發作時的氣流特點，闡明了哮喘發作時左右肺VEPs的不同步性。這種非侵入性的無創技術的應用能夠增進我們對氣流阻滯的生理機制的理解，并對氣流阻滯性疾病的診斷和治療提供幫助。

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