Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Увидеть... шум

Оригинал статьи опубликован на сайте " Зеркало недели "

Автор статьи - Игорь ВОВК

Предисловие редактора.  Данная статья показывает, насколько может быть перспективным исследование на стыке нескольких дисциплин, даже таких разных, как физика и медицина. Вследствие универсальности математического аппарата, применяемого к объектам совершенно различной - живой и неживой - природы, существующие наработки физиков способны решить некоторые фундаментальные проблемы, стоящие перед медициной. Конечно, для этого необходимо обладать как физико-технической фундаментальной подготовкой, так и глубокими познаниями в области медицины и физиологии человека. Начиная с этого года, у абитуриентов есть возможность получить такое образование по специализации "Медицинская биофизика " на факультете молекулярной и биологической физики МФТИ.  

Образ врача у подавляющего большинства людей чаще всего ассоциируется с белым халатом и стетоскопом на шее. С помощью этого прибора тот же терапевт осуществляет первую диагностику заболеваний респираторной системы и сердца. И в нашем сознании утвердилась мысль: врач, прослушивая грудную клетку, по каким-то только ему известным оттенкам шумов дыхания, может быстро и достаточно точно определить характер заболевания респираторной системы. Но смеем вас уверить — это так и не совсем так.

Сделаем вначале краткий экскурс в историю. Достоверно известно, что врачи Древней Греции, и среди них, в первую очередь, «отец медицины» Гиппократ, прибегали к прослушиванию шумов дыхания (аускультации). Гиппократ даже описал ряд характерных шумов и хрипов (аускультативных феноменов), возникающих при заболеваниях респираторного тракта. Врачи древнего Китая также выслушивали шумы, возникающие в организме человека, с целью диагностики заболеваний. Затем, в течение многих столетий, аускультация как диагностическая методика была фактически забыта.

Честь повторного открытия аускультации, но уже как научного физического метода исследования организма человека, принадлежит выдающемуся французскому клиницисту Рене Лаэннеку (1781—1826). Ему мы обязаны и изобретением стетоскопа — первого физического прибора для выслушивания шумов, возникающих в организме. Он также предложил классификацию дыхательных шумов и хрипов и дал объяснение некоторых причин их возникновения.

Начиная с этого времени аускультация прочно входит в арсенал диагностических методов и средств медицины при лечении легких и сердца. На протяжении многих лет эти методы совершенствовались. В частности, большой вклад в развитие аускультации в XX веке был внесен знаменитой киевской школой терапевтов, возглавляемой В.Образцовым (Н.Стражеско, М.Губергриц и др.).

Несмотря на многолетнюю историю развития, аускультация респираторного тракта и оценка возникающих в нем звуковых феноменов продолжает оставаться скорее искусством, основанным на опыте врача, его субъективном восприятии шумов и возникающих у него тех или иных слуховых образов. Под стать этому и исторически сложившаяся аускультативная семиотика, изобилующая такими субъективными эпитетами, как, например, жесткое дыхание, хрипы гудящие, жужжащие, мелкопузырчатые и т.д. Очевидно, при подобной классификации шумов затруднительно поставить в соответствие каждому аускультативному признаку какие-либо информационно значимые объективные количественные характеристики.

И здесь не в чем упрекнуть врачей. Дело в том, что чувствительность (порог слышимости) человеческого уха и способность его различать звук по громкости и частоте (по высоте тона) существенно колеблется от индивида к индивиду. Кроме того, особенности слуха таковы, что при одинаковой силе звуки высокой частоты субъективно кажутся гораздо громче низкочастотных. Поэтому, например, наличие в спектре шумов дыхания мощных низкочастотных тонов вовсе не означает, что врач оценит этот шум как низкочастотный. Присутствующий же высокочастотный компонент даже малой мощности может совершенно изменить субъективный характер восприятия шума.

Необходимо также отметить, что при слуховом анализе звука огромную роль играют «звуковая память», одаренность и тренировка. Например, музыкально одаренные люди (дирижеры, солисты), обладающие абсолютным или, по крайней мере, относительным слухом, способны точно (и это вовсе не преувеличение) определять высоту тона и наличие в нем до десяти обертонов и запоминать последовательность звуков, длящуюся десятки минут. Однако жизнь убеждает нас, что среднестатистический врач не обладает такими способностями и не может проанализировать и запомнить все нюансы таких сложных и высокоинформативных сигналов, каковыми являются шумы и хрипы дыхания. Сейчас высокая культура прослушивания шумов дыхания, так развитая в первой половине XX века, приходит в упадок. И этому есть объяснение. С одной стороны, искусству прослушивания и анализа шумов дыхания достаточно трудно (а порой, в силу указанных причин, и невозможно) научить, а с другой стороны, за последние 50 лет появилось много других методов и средств, позволяющих диагностировать легочные заболевания. И, что греха таить, эта ситуация не очень стимулирует молодых врачей на освоение такого сложного, тонкого и изящного диагностического метода, как прослушивание шумов и хрипов дыхания. А жаль!

В передовых странах Запада и Востока эту ситуацию поняли и оценили сравнительно давно (где-то в 70-х годах прошлого века) и развернули довольно серьёзные исследовательские работы, направленные на изучение возможности регистрации, визуализации и классификации шумов дыхания средствами электронной техники. В это же время начала появляться и достаточно мощная компьютерная техника, что значительно ускорило и облегчило проведение таких работ. В США, Канаде, Франции, Германии, Израиле, Японии и некоторых других странах возникли научные центры, пошла лавина публикаций в периодических изданиях по акустике, физиологии и медицине. Естественно, через некоторое время возник вопрос об объединении усилий в этом новом научном направлении. Результатом стало создание Международной Ассоциации по звукам легких (International Lung Sounds Association), сокращенно ILSA. Под эгидой ILSA, начиная с 1976 года, ежегодно проводятся международные научные конференции по шумам и звукам дыхания. Следует сказать, что зарубежные научные центры уже несколько лет оперативно обмениваются данными по дыхательным шумам через Интернет (см. например www.umanitoba.ca/faculties/medicine/ILSA/sound.html ).

На основе использования современных аудио, видео и мультимедийных технологий разрабатываются учебные пособия для студентов-медиков, в которых синхронно со звучанием аудиозаписей образцов шумов дыхания на экране монитора персонального компьютера наряду с уже привычными диаграммами, отображающими параметры функции внешнего дыхания, строятся спектрограммы шумов (их принято в международной практике называть респиросонограммами) и другие акустические образы. Все это свидетельствует о том, что новые высокие технологии, получившие в последнее время название «цифровой аускультации», постепенно переходят в разряд клинических методик исследования органов дыхания.

Во времена СССР нам было не до всего вышеперечисленного. Мы осуществляли более грандиозные планы, хотя, надо признать, отдельные попытки начать подобного рода исследования были. А тут еще грянули перестройка и развал СССР. Но в Институте гидромеханики НАН Украины в 1991 году еще продолжали заниматься интересной и очень сложной проблемой — природой и механизмом возникновения шумов при обтекании тел потоками жидкости и газа, когда директор института академик В.Гринченко обратил внимание: рассматриваемые нами вопросы аналогичны тем, что связаны с генерацией шумов при движении потока воздуха в респираторном тракте человека. Мы провели анализ тогда еще доступной нам зарубежной литературы и ахнули. Оказывается, мир напряженно работает в этом направлении, добился уже определенных успехов.

Мы сравнительно быстро вникли в новую проблематику и уже через три года создали лабораторный экспериментальный комплекс и первый пакет программного обеспечения для регистрации, визуализации и обработки шумов дыхания. Познакомились и заинтересовали врачей. С их помощью и непосредственным участием провели клиническую апробацию разработанных методов и аппаратуры. Создали базу данных. Результаты нашей работы стали известны за рубежом, их положительно оценили.

Техническая суть новых технологий заключается в том, что шумы дыхания с нескольких точек поверхности грудной клетки снимаются и преобразуются в электрические сигналы специальными высокочувствительными датчиками. Далее эти аналоговые сигналы с помощью специальной аппаратуры усиливаются, отфильтровываются и преобразуются в цифровые сигналы. После этого они поступают на персональный компьютер, где по разработанной нами программе обрабатываются и запоминаются. Чему мы уже «научили» компьютер и чему его можно еще научить?

Во-первых, мы получаем высококачественный аудиосигнал (независимо от свойств слуховых органов врача), который можно при необходимости многократно прослушивать, сравнивать с аудиосигналами, полученными позже (например, по мере выздоровления больного), документировать и помещать их в историю болезни. Теперь мы можем создавать базы данных шумов для последующей их классификации и анализа, использовать эти базы для учебного процесса, обмена с другими научными и лечебными центрами, в том числе и зарубежными. Наконец, такая техническая система является предпосылкой для решения задач телемедицины.

Во-вторых, полученный аудиосигнал мы уже сейчас научились специальным образом визуализировать, т.е. превращать в респиросонограмму (спектрально-временной акустический портрет). На респиросонограмме прекрасно видны (именно видны) и четко идентифицируются все характерные нюансы, присущие большинству основных и дополнительных дыхательных шумов. Вот где уместно вспомнить пословицу «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Как ни странно это звучит, но уже сейчас можно утверждать, что при известном навыке и глухой врач вполне может анализировать особенности дыхательных шумов пациента по респиросонограмме. Естественно, что респиросонограммы (так же, как и аудиосигналы ) можно документировать для истории болезни, использовать для учебного процесса, для обмена информацией и для телемедицины. Важно отметить, что врач может одновременно и прослушивать аудиосигнал, и просматривать респиросонограмму. А это позволяет объединить слуховой и зрительный каналы восприятия, что несомненно должно повысить эффективность процесса диагностики и сделать его более объективным.

В-третьих, можно «научить» компьютер автоматически распознавать тип дыхательных шумов. За рубежом уже создан прототип устройства, автоматически распознающий типы сухих хрипов. А у нас в институте создана программа, позволяющая с определенной вероятностью отличать здоровых людей от людей с легочными заболеваниями. Можно предположить (и на это уже есть определенные основания), что в недалеком будущем компьютер сможет устанавливать и вероятный диагноз заболевания.

В-четвертых, результаты зарубежных исследований позволяют надеяться, что такие системы можно будет использовать для мониторинга населения с целью выявления легочных патологий, не прибегая к рентгенологическим методам. Следовательно, можно было бы существенно снизить радиационную нагрузку на население, что для Украины очень важно.

Ну и, наконец, разработка и внедрение новых технологий дает мощный толчок дальнейшему развитию научной мысли. Можно прогнозировать, что объединение такого рода систем с другими компьютерными «собратьями», предназначенными для выявления патологий других органов человека, позволит существенно повысить эффективность диагностики не только респираторных заболеваний.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика