Методическое пособие
Вариант 4 (10 ноября 2017 г.)
Цель работы – изучение методов возбуждения и регистрации перкуссионных звуков на поверхности грудной клетки и в воздушном пространстве около грудной клетки.
Задачи работы:
1. Создание перкуссионных вибраций поверхности грудной клетки ручными способами (методом "палец по пальцу", молоточком).
2. Регистрация перкуссионных вибраций поверхности грудной клетки с помощью контактных датчиков: акселерометров и электронного стетоскопа.
3. Регистрация перкуссионных звуков в воздушном пространстве около грудной клетки бесконтактными методами: с помощью микрофона смартфона и отдельного микрофона.
Зоны перкуссии: 1) над легкими на поверхности спины (выше диафрагмы); 2) над легкими на передней поверхности грудной клетки; 3) над легкими на боковой поверхности грудной клетки; 4) над сердцем; 5) над брюшной полостью; 6) под легкими на поверхности спины (ниже диафрагмы).
Места установки контактных датчиков: на расстоянии 5-7 см от зоны перкуссии.
Бесконтактные датчики (смартфон и отдельный микрофон) устанавливаются на расстоянии 30-50 см от места перкуссии.
Лабораторная работа выполняется с использованием следующей аппаратуры:
1) смартфон с установленной программой Sound Analyser Pro, как средство регистрации перкуссионных звуков на встроенный микрофон.
2) ноутбук 1 с программой, используемой в лабораторной работе:
- Spectralab/SpectraPLUS, подающей цифровой сигнал на вход ЦАП звуковой карты для генерации вибраций и регистрирующей ускорения.
3) аппаратно-программный комплекс 1 (АПК1), включающий в себя:
· звуковую карту с одним каналом ЦАП и двумя каналами АЦП, усилители ЦАП и АЦП. Электронный блок обеспечивает подачу управляющего сигнала на вибрационную головку и регистрацию ускорений вибратора и акселерометра, находящегося на поверхности грудной клетки на некотором расстоянии от вибратора.
· вибрационную головку, содержащую: подвижный цилиндрический вибратор (пуансон), расположенный внутри неподвижной индукционной катушки; акселерометр, обеспечивающий измерение ускорения подвижного вибратора.
· акселерометр, обеспечивающий измерение ускорения поверхности грудной клетки на некотором расстоянии от вибратора.
· матобеспечение, включающее драйверы звуковой карты и программу Spectralab/SpectraPLUS.
· В данной лабораторной работе АПК1 используется только для регистрации ускорения на один акселерометр.
4) ноутбук 2 с программой, используемой в лабораторной работе:
- LGraph-2, регистрирующей сигналы от АПК2 (акселерометра, электронного стетоскопа, микрофона в воздухе).
5) аппаратно-программный комплекс 2 (АПК2), включающий в себя:
· модуль ввода-вывода сигналов типа E14-440D фирмы Л-Кард,
· усилитель мощности сигнала, подаваемого на ударник-вибратор,
· усилители сигналов акселерометров (встроенного в ударник-вибратор и внешнего),
· усилители сигналов микрофонов (два канала), а также формирователь напряжений питания усилителей и микрофонов из + 5 В питания USB-шины (± 18 В – для усилителя мощности, ± 8 В – для усилителей акселерометров и микрофонов, - 6 В – для самих микрофонов).
· матобеспечение, включающее драйверы E14-440D и программу LGraph-2.
· В лабораторной работе АПК2 используется для регистрации перкуссионных вибраций грудной клетки и перкуссионных звуков.
6) вспомогательный компьютер, на котором ведется «журнал лабораторной работы» в виде текстового файла с именем «дата_номер группы».
7) Сантиметровая лента для измерения расстояния между анатомически выделенными областями, микрофонами, акселерометром или местом нанесения перкуссионного постукивания, измерения длины окружности грудной клетки. Двусторонняя липкая лента для фиксации акселерометров на поверхности тела.
8) анализ сигналов в дальнейшем выполняется студентами самостоятельно с использованием программ Spectralab, SpectraPLUS, MatLab и др.
Лабораторную работу необходимо выполнять в такой последовательности.
- Ознакомиться с содержанием данного учебного пособия и с дополнительной литературой (в ходе внеаудиторной самостоятельной работы).
- Получить у преподавателя допуск к выполнению лабораторной работы (допуск дается на основании проверки знания пособия и дополнительной литературы).
- Освоить проведение измерений в программах Spectralab/SpectraPLUS, Sound Analyser Pro, LGraph-2.
- Распределить роли студентов в ходе выполнения лабораторной работы: 1) Обследуемый студент (без заболеваний органов дыхания или с поставленным диагнозом); 2) студент, ведущий «журнал лабораторной работы»; 3) студент, осуществляющий перкуссию грудной клетки (методом «палец по пальцу», молоточком); 4) студент, держащий смартфон и регистрирующий дыхательные звуки на смартфоне с помощью программы Sound Analyser Pro; 5) студент, работающий с программой LGraph-2; 6) студент, с помощью программы Spectralab управляющий генерацией вибрации; 7) студент, регистрирующий звуки стетоскопом на поверхности грудной клетки. В процессе выполнения работы студенты меняются ролями.
- Приготовить смартфон и программу Sound Analyser Pro.
Для этого:
5.1 Скачайте мобильное приложение Sound Analyser Pro.
5.2 Ознакомьтесь с интерфейсом приложения, который представлен на рис. 1: 1 – поиск звуковых файлов на устройстве, 2 – сохранение записываемого файла, 3 – основное меню приложения; Start/Stop – начало и остановка записи, Reset – старт новой записи; верхний график – спектр сигнала, нижний – спектрограмма.
Рисунок 1 – Интерфейс приложения
5.3 Откройте основное меню приложения, зайдите в настройки (Settings). В разделе Display Settings в строке Recording time установите время записи 15 секунд. В разделе FFT Settings в строке Sampling frequency выберите 44100 Гц.
5.4 Для начала записи нажмите Reset, после остановки записи с помощью кнопки Stop нажмите на иконку сохранения (обозначена «2» на рис. 1). Во всплывающем окне «Save sound file as» назовите файл по образцу «Фамилия испытуемого_место расположения микрофона_Фамилия владельца телефона_номер исследования».
5.5 Записанные и сохраненные файлы можно просмотреть, нажав на иконку поиска, обозначенного «1» на рис. 1, и выбрав нужный файл.
6 Подготовить АПК2 и программу LGraph-2 для записи сигналов. Проверить работоспособность, подавая вибрационные сигналы на датчики.
7 Приготовить программу Spectralab/SpectraPLUS и АПК1 для записи ускорения.
8 Обследуемый студент - доброволец знакомится с Информацией об исследовании и заполняет бланк "Информированного согласия".
9 Обследуемый студент раздевается сверху до пояса так, чтобы поверхность грудной клетки была доступна для регистрации звуков.
10 Измерить и записать в журнал лабораторной работы длину окружности грудной клетки обследуемого при трех объемах легких: остаточном объеме (максимальный выдох), функциональной остаточной емкости (спокойный выдох), общей емкости легких (максимальный вдох).
11 После перкутирования грудной клетки врачом, по его указанию отметить фломастером на поверхности грудной клетки границы легких и сердца, а также запланированные места перкуссии и постановки контактных датчиков.
12 Записать в файл «журнал лабораторной работы» следующие данные: ФИО обследуемого студента; его дату рождения; вес; рост; отметить особенности состояния системы дыхания обследуемого (без заболеваний органов дыхания или с поставленным диагнозом); расположение области регистрации сигналов (расстояние отсчитывается по горизонтали от центральной линии (на спине или на груди) на поверхности грудной клетки, по вертикали отсчитывается от ключицы, лопатки или других характерных зон, хорошо определяемых на грудной клетке).
13 Разместить на грудной клетке обследуемого акселерометрические датчики при помощи двойной липкой ленты (в местах, указанных преподавателем).
14 Подключить акселерометры к АПК1 и АПК2.
15 Приготовить программу Spectralab к регистрации сигнала, выставив частоту дискретизации 11025 Гц.
16 С помощью программы Spectralab проверить наличие входного сигнала акселерометра.
Важно! Отключить ноутбук от сети питания 220 В!
17 Обследуемый студент выполняет дыхательный маневр (маневр ФОЕ): максимально глубокий спокойный вдох, спокойный выдох до достижения объема легких, равного ФОЕ. После завершения спокойного выдоха обследуемый на 15 с расслабляет дыхательные мышцы и другие мышцы грудной клетки. Вход в дыхательные пути не перекрывает надгортанником. Для достижения такого состояния можно совершать очень медленный выдох.
Для регистрации перкуссионных сигналов необходимо выполнить следующие действия:
18 В течение 15 с совершать перкуссионные постукивания грудной клетки в указанном преподавателем месте и записать вибрационные (звуковые) сигналы.
19 Сохранить файлы (файл данных и звуковой файл) для последующей обработки.
20 Сохранить файл с названием по образцу «Фамилия испытуемого_номер исследования». В файле «журнал лабораторной работы» записать номер измерения (маневра), время, название файла с данными. В примечаниях указать особенности дыхательного маневра или измерения.
21 Повторить пункты 19-21 еще два раза. Подробно описать место перкуссионных постукиваний и места расположения датчиков.
22 Выполнить один маневр в условиях, когда ручная перкуссия не производится. При этом акселерометрами и микрофонами измеряется уровень «шумовых» колебаний поверхности грудной клетки при данном объеме легких и уровень шумов около грудной клетки.
23 Повторить пункты 19-23 в других указанных преподавателем зонах перкуссии.
24 После этого обследуемый студент может полностью одеться.
25 Выключить компьютеры.
Дополнительные указания:
Стетоскоп устанавливают на исследуемой точке и плотно прижимают к коже (в течение записи стетоскоп не следует отрывать от поверхности тела!).
Записать на компьютер со смартфонов звуковые файлы с регистрацией звуков.
Процедура обработки сигналов будет указана в документе «Методическое пособие Часть 2. Обработка данных».
Литература
1. Дьяченко А.И., Михайловская А.Н. Респираторная акустика (обзор) // Лазерная и акустическая биомедицинская диагностика. М.: Наука, 2012. (Труды ИОФАН; т. 68). С. 136-181. ISSN 0233-9390, ISBN 978-5-02-038005-9
2. И.Н.Ковалева, Ю.В.Кулаков, Л.И.Ковалева. ИСТОРИЯ ПЕРКУССИИ ЛЕГКИХ ОТ СЛУХОВОГО ДО КОМПЬЮТЕРНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ // Бюллетень ФИЗИОЛОГИИ И ПАТОЛОГИИ ДЫХАНИЯ. Выпуск 21, 2005, С. 88- 92.
3. Коренбаум В.И., Тагильцев А.А., Почекутова И.А., Трегубенко Н.В. Основы цифровой обработки сигналов в информационно-измерительной системе SpectraLAB/SpectraPLUS/SpectraPLUS: Учебное пособие. – Владивосток: Издательство дальневосточного университета, 2004. – 68 с.
4. Дьяченко А. И., Тиманин Е. М., Васильев В. Н., Михайловская А. Н., Семенов Ю. С. Разработка метода для исследования грудной клетки с помощью низкочастотных упругих волн // Медицинская техника, 2013, № 2, с. 45-47.