A computer program for data analysis autodiagnostika diseases of the temporomandibular stave using an electronic stethoscope

Full Text

Введение Среди методов визуализации структур височнонижнечелюстного сустава (ВНЧС) наиболее информативными являются радиологические, позволяющие изучать изображения в разных плоскостях, а также выявлять патологию не только костных, но и мягкотканных структур сустава [1, 4, 5]. Они эффективны, но требуют использования специального дорогостоящего оборудования, не всегда доступны пациентам с низким уровнем доходов, некоторые из них отличаются высокой лучевой нагрузкой на больного. В связи с этим представляет интерес использование неинвазивной, простой в применении методики аускультации ВНЧС с использованием электронного стетоскопа, который позволяет не только выявить шумовые явления (крепитацию, щелканье, трение суставных поверхностей), сохранить фонограмму в памяти компьютера, но и оценить эффективность лечения в динамике. Ряд исследователей сообщают об успешном применении для диагностики шумов в ВНЧС электронного фонендоскопа - стетоскопа с пьезоэлектрическим акселерометром - датчиком ускорений [2, 6]. Ю.С. Высочанская [3] запатентовала способ экспресс-диагностики электронным стетоскопом патологии головы и шеи. Цель исследования - оценить эффективность разработанной компьютерной программы для аудиодиагностики внутренних нарушений ВНЧС с использованием электронного стетоскопа у пациентов в возрасте от 18 до 25 лет. Материал и методы С помощью электронного стетоскопа и компьютерной программы были обследованы 45 пациентов (22 женщины и 23 мужчины) в возрасте от 18 до 25 лет с заболеваниями ВНЧС. На основании введенных в компьютерную программу алгоритмов ставили предварительный диагноз, затем всем пациентам проводилась конусно-лучевая компьютерная томография (КЛКТ) ВНЧС с использованием аппарата PAXReve 3D. Перед исследованием получали письменное согласие пациентов. Параметры сканирования: сила тока - 200 мA, напряжение - 70 кВ, толщина томографического слоя - 2 мм, шаг сканирования - 2 мм. На основании анализа томограмм ставили окончательный диагноз, устанавливали процент совпадения диагнозов, поставленных с применением разработанной нами компьютерной программы анализа аудиограмм и на основании данных КЛКТ. Аудиодиагностику проводили с помощью электронного стетоскопа 3М Littmann (3MESPE), который устанавливали в области проекции ВНЧС, и персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением. Запись фонограммы выполняли в положении сидя без поддержки головы, больной сохранял ее естественное положение. Методика аускультации ВНЧС состоит в следующем: - вначале проводят запуск программы, включают стетоскоп и вводят фамилию, имя и отчество пациента; затем выбирают режим длительности записи и в связи с тем, что программа не адаптирована для использования в стоматологии, в программе выбирают «сустав» справа; датчик электронного стетоскопа Littmann (3MESPE) располагают на наружной поверхности скулового отростка вблизи козелка уха справа; устанавливают режим «сустав вид спереди» и просят пациента 1 раз медленно открывать и 1 раз медленно закрывать рот после звукового сигнала в течение 15 с; - производят запись фонограммы, и когда возникает щелчок или крепитация, врач фиксирует время и фазу открывания рта, используя предложенные нами временные интервалы на фонограмме (Патент на изобретение. Мишу- тин Е.А., Карелина А.Н., Гелетин П.Н., Гинали Н.В., Морозов В.Г Способ диагностики внутренних нарушений в височно-нижнечелюстном суставе. Заявка на изобретение № 2015127481 (042717) от 08.07.15). Затем устанавливают режим «сустав вид сзади» и просят пациента осуществлять боковые движения после звукового сигнала в течение 15 с, столько длится запись фонограммы. Первое движение всегда выполняют вправо. Когда возникает щелчок или крепитация, врач фиксирует время и фазу открывания рта также по временному интервалу на фонограмме; производят запись фонограммы, фиксируя время возникновения шумов (щелчка, крепитации или их сочетания), врач фиксирует время и фазу открывания; датчик стетоскопа устанавливают на наружную поверхность скулового отростка вблизи козелка уха с другой стороны (слева) и повторяют методику, чтобы выявить патологию ВНЧС с обеих сторон; фонограмму, полученную в ходе исследования, сохраняют в базе данных компьютера; врач включает в компьютерной программе функцию «Воспроизведение», чтобы повторить звуки, записанные компьютерной программой в ходе исследования, для уточнения характера нарушений в ВНЧС. Анализ полученных с помощью метода аудиодиагностики данных проводили с использованием компьютерной программы «Диагностика заболеваний височно-нижнечелюстного сустава», созданной на кафедре пропедевтической стоматологии СГМУ Минздрава России (свидетельство № 2015662495, авторы Мишутин Е.А., Коршунова К.П., Гелетин П.Н.). Программное обеспечение «Diagnoz_VNChS» предназначено для анализа звукозаписей поведения ВНЧС пациента при открывании и закрывании рта и боковых движениях челюсти, полученных с помощью программного обеспечения Zargis® StethAssist™ и электронного стетоскопа 3M™ Littmann® 3200. Входные данные представлены в виде звукового файла формата WAV со следующими характеристиками: длительность записи - 15 с, 1 канал, частота дискретизации - 4 кГц (60 000 отсчетов в каждом файле), общий размер - 120 044 байта (из них заголовок файла - 44 байта, 2 байта на каждый отсчет), амплитуда - от 32 768 до 32 768 единиц (215). Программа выполняет построение фонограммы звукозаписей, а также поиск следующих элементов в звуковом сигнале: щелчков (одиночные зубцы, представляющие собой резкое повышение амплитуды и мощности звуковых колебаний), крепитации (комплексы повторяющихся зубцов). На основе зарегистрированных элементов выполняется постановка диагноза заболевания ВНЧС в соответствии с разработанным алгоритмом. Подготовка к использованию программы Перед первым использованием программы необходимо убедиться, что на компьютере установлены следующие компоненты: - Microsoft. NET Framework 3.5. В случае использования операционной системы Windows 7 и выше дополнительная установка Microsoft. NET Framework 3.5 не требуется (входит в состав данных систем). При использовании более ранних версий операционной системы Windows (например, Windows XP) требуется произвести установку Microsoft. NET Framework 3.5 (установочный файл «dotnetfx35 (1).exe» находится в папке «Установка среды»). - Среда исполнения MATLAB MCR. Установочные файлы MCRInstaller.exe находятся в папке «Установка среды» («win32» для 32-разрядной операционной системы, «win64» для 64-разрядной операционной системы). Установку данных компонентов на компьютер достаточно произвести один раз. Для работы программы необходимо сохранить звукозаписи поведения ВНЧС при отрывании и закрывании рта, а также при боковых движениях челюсти. Для этого необходимо экспортировать записи из Zargis® StethAssist™ в файлы формата WAV на USB-носитель или локальный жесткий диск компьютера с помощью команды File > ExportRecordingAsWAV. Порядок использования: - загрузить имеющиеся звуковые файлы с помощью кнопок «Выбрать файл 1» - «Выбрать файл 4». Для работы программы не обязательно наличие всех четырех файлов; - настроить параметры процесса анализа фонограмм и спектрограмм: чувствительность - параметр, используемый при поиске щелчков по фонограмме сигнала; характеризует уровень увеличения амплитуды относительно среднего значения для данного сигнала. Может принимать значения от 0 до 100. По умолчанию имеет значение 4,8. Чем выше значение данного параметра, тем более выраженные щелчки будут учитываться; верхний порог интенсивности - параметр, используемый при поиске щелчков по спектрограмме сигнала; обозначает уровень интенсивности (в дБ), выше которого области на спектрограмме распознаются как щелчки. По умолчанию имеет значение 25: это означает, что области спектрограммы в нижней трети шкалы (по частоте) интенсивностью преимущественно от 25 до 36 дБ (36 - максимально возможное значение интенсивности) распознаются как щелчки (Трезу- бов В.Н., Лопотко А.И., Булычева Е.А. Способ регистрации шумов при заболеваниях височно-нижнечелюстного сустава. Патент на изобретение РФ № 2157145. - 2000) [6]. Таким образом, чем выше значение данного параметра, тем более выраженные щелчки регистрируются; верхний порог интенсивности - параметр, используемый при поиске крепитации по спектрограмме сигнала; обозначает уровень интенсивности (в дБ), при преобладании которого области на спектрограмме распознаются как крепитация. По умолчанию имеет значение 3: это означает, что области спектрограммы интенсивностью около 3 дБ (3-4 дБ) распознаются как области крепитации (Трезубов В.Н., Лопотко А.И., Булычева Е.А. Способ регистрации шумов при заболеваниях височно-нижнечелюстного сустава. Патент на изобретение РФ № 2157145. - 2000) [6]. Таким образом, чем выше значение данного параметра, тем более выраженные случаи крепитации регистрируются. Запуск анализа звукозаписей осуществляется с помощью кнопки «Найти щелчки и крепитацию». Выполняется построение графиков фонограммы звукозаписей каждого из загруженных файлов. На первом (верхнем) поле отображается собственно фонограмма исходного файла. На втором поле помимо фонограммы исходного файла красными вертикаль- Original article ными линиями отмечены зарегистрированные на фонограмме щелчки. На третьем (нижнем) поле помимо фонограммы исходного файла малиновыми вертикальными линиями отмечены зарегистрированные по спектрограмме щелчки, зеленым цветом выделены зарегистрированные по спектрограмме случаи крепитации. Полученные графики можно просмотреть в увеличенном масштабе, а также сохранить на жестком диске компьютера как изображения или распечатать. Найденные элементы отображаются на главной форме в виде списков отдельно для каждой звукозаписи: - на первой вкладке «Фонограмма» выводится список зарегистрированных на фонограмме щелчков (красный цвет на графике); - на второй вкладке «Спектрограмма» выводится список зарегистрированных на спектрограмме щелчков (малиновый цвет на графике); - на третьей вкладке «Крепитация» выводится список зарегистрированных на спектрограмме случаев крепитации (зеленый цвет на графике). Проанализировав фонограмму звукозаписей визуально, пользователь может не согласиться с какими-либо найденными элементами и исключить их из рассмотрения, для чего необходимо снять галочку рядом с исключаемым элементом в списке. Для добавления незарегистрированных программой элементов используется кнопка «Добавить элемент», при нажатии на которую появляется окно добавления элемента. В данном окне выбирается звукозапись, в которую необходимо добавить элемент, и тип элемента (щелчок или крепитация), а также время возникновения добавляемого элемента (от 0 до 15 с). При нажатии на кнопку «Добавить» новый элемент выбранного типа добавляется в выбранный список. Для получения диагноза используется кнопка «Получить диагноз». В нижней части экрана появляется наименование предположительного заболевания ВНЧС в соответствии с разработанным алгоритмом. При постановке диагноза учитываются только отмеченные врачом элементы (щелчки и крепитация) из имеющихся списков. Результаты и обсуждение Всего были обследованы 45 пациентов с заболеваниями ВНЧС в возрасте от 18 до 25 лет с помощью электронного стетоскопа и разработанной нами компьютерной программы, а также с использованием метода КЛКТ. Диагноз, поставленный на основании анализа данных аудиодиагностики компьютерной программой, был подтвержден данными КЛКТ у 38 пациентов, таким образом, диагнозы совпали на 84,4%. Применение разработанной нами компьютерной программы обеспечивает следующие преимущества: аускультация с помощью электронного стетоскопа позволяет обнаруживать звуковые сигналы мелких амплитуд, усиливать их и осуществлять частотную селекцию, а возможность передачи информации в персональный компьютер и ее хранение в базе данных позволяют на разных этапах комплексной терапии проводить динамический контроль. Использование предложенного протокола аудиографического исследования облегчает и совершенствует диагностику внутренних нарушений ВНЧС, дает возможность оценивать течение заболевания в динамике, а также эффективность проводимой терапии на различных ее этапах, что в конечном счете сокращает сроки лечения и повышает качество жизни пациентов. Для реализации методики используется аппаратура, доступная для большинства стоматологических клиник, данный способ может применяться при Оригинальная статья диспансерных осмотрах врачом-стоматологом детей и подростков, призывников в военкомате для ранней диагностики патологии ВНЧС. Заключение Разработанная нами компьютерная программа фиксирует объективные показатели, исключающие субъективные реакции пациента и врача, повышает точность и эффективность диагностики внутренних нарушений ВНЧС на ранних стадиях заболевания, проводит долговременную запись звуковых сигналов для исследования в динамике течения патологического процесса в ВНЧС, позволяет оценивать эффективность проводимого лечения, правильно документировать данные обследования и лечения больного в истории болезни. Исследование не имело спонсорской поддержки. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

V. G Morozov

Smolensk State Medical University

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
214019, Smolensk, Russia

Evgenij Aleksandrovich Mishutin

Smolensk State Medical University

Email: evgenijmishutin@yandex.ru

graduate student of department of Propedevtical stomatology «Smolensk State Medical University»

214019, Smolensk, Russia

P. N Geletin

Smolensk State Medical University

Email: info@eco-vector.com
214019, Smolensk, Russia

K. P Korshunova

Federal state budgetary institution «National research University «MPEI»

Email: info@eco-vector.com

Branch in Smolensk

214013, Smolensk, Russia

A. N Kamlina

Smolensk State Medical University

Email: info@eco-vector.com
214019, Smolensk, Russia

References

Supplementary files