Материалы доступны только для специалистов сферы здравоохранения. Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь.
Роль спектрального анализа звуков кашля в диагностике COVID-19
Роль спектрального анализа звуков кашля в диагностике COVID-19
Будневский А.В., Овсянников Е.С., Авдеев С.Н., Чопоров О.Н., Фейгельман С.Н., Максимов А.В. Роль спектрального анализа звуков кашля в диагностике COVID-19. Терапевтический архив. 2024;96(3):228–232. DOI: 10.26442/00403660.2024.03.202636
© ООО «КОНСИЛИУМ МЕДИКУМ», 2024 г.
© ООО «КОНСИЛИУМ МЕДИКУМ», 2024 г.
________________________________________________
Материалы доступны только для специалистов сферы здравоохранения. Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь.
Аннотация
Цель. Оценить возможности использования спектрального анализа звуков кашля в диагностике новой коронавирусной инфекции COVID-19.
Материалы и методы. Проведена спектральная туссофонобарография у 218 пациентов, больных COVID-19 [48,56% – мужчины, 51,44% – женщины, средний возраст – 40,2 (32,4; 51,0) года], и у 60 здоровых лиц [50% – мужчины, 50% – женщины, средний возраст – 41,7 (32,2; 53,0) года] с индуцированным кашлем. Кашель индуцировался ингаляцией раствора лимонной кислоты в концентрации 20 г/л через небулайзер. Запись производилась с помощью контактного микрофона, расположенного на специальном штативе на расстоянии 15–20 см от лица испытуемого. Полученные записи обрабатывались в компьютерной программе, после чего проводился спектральный анализ звуков кашля при помощи алгоритмов преобразования Фурье. Оценивались следующие параметры звуков кашля: продолжительность кашлевого акта (мс), отношение энергии низких частот (60–600 Гц) к энергии высоких частот (600–6000 Гц), частота максимальной энергии звука кашля (Гц).
Результаты. После статистической обработки выяснено, что параметры звука кашля больных COVID-19 отличаются от параметров кашля здоровых лиц. Полученные данные подставлены в разработанное регрессионное уравнение. Округленное до целых полученное число имело следующую интерпретацию: «0» – нет COVID-19, «1» – есть COVID-19.
Заключение. Методика показала высокие уровни чувствительности и специфичности. Помимо этого метод характеризуется достаточной простотой применения и не требует дорогостоящего оборудования, поэтому может применяться на практике для своевременной диагностики COVID-19.
Ключевые слова: спектральный анализ звуков кашля, COVID-19, кашель
Materials and methods. Spectral toussophonobarography was performed in 218 patients with COVID-19 [48.56% men, 51.44% women, average age 40.2 (32.4; 51.0)], in 60 healthy individuals [50% men, 50% women, average age 41.7 (32.2; 53.0)] with induced cough (by inhalation of citric acid solution at a concentration of 20 g/l through a nebulizer). The recording was made using a contact microphone located on a special tripod at a distance of 15–20 cm from the face of the subject. The resulting recordings were processed in a computer program, after which spectral analysis of cough sounds was performed using Fourier transform algorithms. The following parameters of cough sounds were evaluated: the duration of the cough act (ms), the ratio of the energy of low frequencies (60–600 Hz) to the energy of high frequencies (600–6000 Hz), the frequency of the maximum energy of the cough sound (Hz).
Results. After statistical processing, it was found out that the parameters of the cough sound of COVID-19 patients differ from the cough of healthy individuals. The obtained data were substituted into the developed regression equation. Rounded to integers, the resulting number had the following interpretation: "0" – there is no COVID-19, "1" – there is COVID-19.
Conclusion. The technique showed high levels of sensitivity and specificity. In addition, the method is characterized by sufficient ease of use and does not require expensive equipment, therefore it can be used in practice for timely diagnosis of COVID-19.
Keywords: spectral analysis of cough sounds, COVID-19, cough
Материалы и методы. Проведена спектральная туссофонобарография у 218 пациентов, больных COVID-19 [48,56% – мужчины, 51,44% – женщины, средний возраст – 40,2 (32,4; 51,0) года], и у 60 здоровых лиц [50% – мужчины, 50% – женщины, средний возраст – 41,7 (32,2; 53,0) года] с индуцированным кашлем. Кашель индуцировался ингаляцией раствора лимонной кислоты в концентрации 20 г/л через небулайзер. Запись производилась с помощью контактного микрофона, расположенного на специальном штативе на расстоянии 15–20 см от лица испытуемого. Полученные записи обрабатывались в компьютерной программе, после чего проводился спектральный анализ звуков кашля при помощи алгоритмов преобразования Фурье. Оценивались следующие параметры звуков кашля: продолжительность кашлевого акта (мс), отношение энергии низких частот (60–600 Гц) к энергии высоких частот (600–6000 Гц), частота максимальной энергии звука кашля (Гц).
Результаты. После статистической обработки выяснено, что параметры звука кашля больных COVID-19 отличаются от параметров кашля здоровых лиц. Полученные данные подставлены в разработанное регрессионное уравнение. Округленное до целых полученное число имело следующую интерпретацию: «0» – нет COVID-19, «1» – есть COVID-19.
Заключение. Методика показала высокие уровни чувствительности и специфичности. Помимо этого метод характеризуется достаточной простотой применения и не требует дорогостоящего оборудования, поэтому может применяться на практике для своевременной диагностики COVID-19.
Ключевые слова: спектральный анализ звуков кашля, COVID-19, кашель
________________________________________________
Materials and methods. Spectral toussophonobarography was performed in 218 patients with COVID-19 [48.56% men, 51.44% women, average age 40.2 (32.4; 51.0)], in 60 healthy individuals [50% men, 50% women, average age 41.7 (32.2; 53.0)] with induced cough (by inhalation of citric acid solution at a concentration of 20 g/l through a nebulizer). The recording was made using a contact microphone located on a special tripod at a distance of 15–20 cm from the face of the subject. The resulting recordings were processed in a computer program, after which spectral analysis of cough sounds was performed using Fourier transform algorithms. The following parameters of cough sounds were evaluated: the duration of the cough act (ms), the ratio of the energy of low frequencies (60–600 Hz) to the energy of high frequencies (600–6000 Hz), the frequency of the maximum energy of the cough sound (Hz).
Results. After statistical processing, it was found out that the parameters of the cough sound of COVID-19 patients differ from the cough of healthy individuals. The obtained data were substituted into the developed regression equation. Rounded to integers, the resulting number had the following interpretation: "0" – there is no COVID-19, "1" – there is COVID-19.
Conclusion. The technique showed high levels of sensitivity and specificity. In addition, the method is characterized by sufficient ease of use and does not require expensive equipment, therefore it can be used in practice for timely diagnosis of COVID-19.
Keywords: spectral analysis of cough sounds, COVID-19, cough
Полный текст
Список литературы
1. Хайтович А.Б., Ермачкова П.А. Патогенез COVID-19. Таврический медико-биологический вестник. 2020;23(4):113-32 [Khaitovich AB, Ermachkova PA. Pathogenesis OF COVID-19. Tauride Medico-Biological Bulletin. 2020;23(4):113-32 (in Russian)]. DOI:10.37279/2070-8092-2020-23-4-113-132
2. Wang D, Hu B, Hu C, et al. Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus-Infected Pneumonia in Wuhan, China. JAMA. 2020;323(11):1061-9. DOI:10.1001/jama.2020.1585
3. Guan WJ, Ni ZY, Hu Y, et al. China Medical Treatment Expert Group for Covid-19. Clinical Characteristics of Coronavirus Disease 2019 in China. N Engl J Med. 2020;382(18):1708-20. DOI:10.1056/NEJMoa2002032
4. Qasem A, Shaw AM, Elkamel E, et al. Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Diagnostic Tools: A Focus on Detection Technologies and Limitations. Curr Issues Mol Biol. 2021;43(2):728-48. DOI:10.3390/cimb43020053
5. Семенкова Г.Г., Провоторов В.М., Сычев В.В., и др. Спектральная туссофонобарография – метод оценки обратимости бронхиальной обструкции у больных бронхиальной астмой. Пульмонология. 2003;6:32-6 [Semenkova GG, Provotorov VM, Sychev VV, et al. Spectral toussophonobarography is a method for assessing the reversibility of bronchial obstruction in patients with bronchial asthma. Pulmonology. 2003;6:32-6 (in Russian)].
6. Morice AH, Kitt MM, Ford AP, et al. The effect of gefapixant, a P2X3 antagonist, on cough reflex sensitivity: a randomised placebo-controlled study. Eur Respir J. 2019;54(1):1900439. DOI:10.1183/13993003.00439-2019
7. Семенкова Г.Г., Провоторов В.М., Овсянников Е.С. Исследование кашля, вызванного гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью, с применением методов туссографии и спектральной туссофонобарографии. Пульмонология. 2006;6:56-61 [Semenkova GG, Provotorov VM, Ovsyannikov ES. Investigation of cough caused by gastroesophageal reflux disease using the methods of tussography and spectral tussophonobarography. Pulmonology. 2006;6:56-61 (in Russian)]. DOI:10.18093/0869-0189-2006-6-56-61
8. Абдурахимов А.Х., Хегай Л.Н., Юсупова Ш.К. COVID-19 и его осложнения. Re-health journal. 2021;4(12):61-74 [Abdurakhimov AH, Hegai LN, Yusupova SK. COVID-19 and its complications. Re-health journal. 2021;4(12):61-74 (in Russian)].
2. Wang D, Hu B, Hu C, et al. Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus-Infected Pneumonia in Wuhan, China. JAMA. 2020;323(11):1061-9. DOI:10.1001/jama.2020.1585
3. Guan WJ, Ni ZY, Hu Y, et al. China Medical Treatment Expert Group for Covid-19. Clinical Characteristics of Coronavirus Disease 2019 in China. N Engl J Med. 2020;382(18):1708-20. DOI:10.1056/NEJMoa2002032
4. Qasem A, Shaw AM, Elkamel E, et al. Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Diagnostic Tools: A Focus on Detection Technologies and Limitations. Curr Issues Mol Biol. 2021;43(2):728-48. DOI:10.3390/cimb43020053
5. Semenkova GG, Provotorov VM, Sychev VV, et al. Spectral toussophonobarography is a method for assessing the reversibility of bronchial obstruction in patients with bronchial asthma. Pulmonology. 2003;6:32-6 (in Russian).
6. Morice AH, Kitt MM, Ford AP, et al. The effect of gefapixant, a P2X3 antagonist, on cough reflex sensitivity: a randomised placebo-controlled study. Eur Respir J. 2019;54(1):1900439. DOI:10.1183/13993003.00439-2019
7. Semenkova GG, Provotorov VM, Ovsyannikov ES. Investigation of cough caused by gastroesophageal reflux disease using the methods of tussography and spectral tussophonobarography. Pulmonology. 2006;6:56-61 (in Russian). DOI:10.18093/0869-0189-2006-6-56-61
8. Abdurakhimov AH, Hegai LN, Yusupova SK. COVID-19 and its complications. Re-health journal. 2021;4(12):61-74 (in Russian).
2. Wang D, Hu B, Hu C, et al. Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus-Infected Pneumonia in Wuhan, China. JAMA. 2020;323(11):1061-9. DOI:10.1001/jama.2020.1585
3. Guan WJ, Ni ZY, Hu Y, et al. China Medical Treatment Expert Group for Covid-19. Clinical Characteristics of Coronavirus Disease 2019 in China. N Engl J Med. 2020;382(18):1708-20. DOI:10.1056/NEJMoa2002032
4. Qasem A, Shaw AM, Elkamel E, et al. Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Diagnostic Tools: A Focus on Detection Technologies and Limitations. Curr Issues Mol Biol. 2021;43(2):728-48. DOI:10.3390/cimb43020053
5. Семенкова Г.Г., Провоторов В.М., Сычев В.В., и др. Спектральная туссофонобарография – метод оценки обратимости бронхиальной обструкции у больных бронхиальной астмой. Пульмонология. 2003;6:32-6 [Semenkova GG, Provotorov VM, Sychev VV, et al. Spectral toussophonobarography is a method for assessing the reversibility of bronchial obstruction in patients with bronchial asthma. Pulmonology. 2003;6:32-6 (in Russian)].
6. Morice AH, Kitt MM, Ford AP, et al. The effect of gefapixant, a P2X3 antagonist, on cough reflex sensitivity: a randomised placebo-controlled study. Eur Respir J. 2019;54(1):1900439. DOI:10.1183/13993003.00439-2019
7. Семенкова Г.Г., Провоторов В.М., Овсянников Е.С. Исследование кашля, вызванного гастроэзофагеальной рефлюксной болезнью, с применением методов туссографии и спектральной туссофонобарографии. Пульмонология. 2006;6:56-61 [Semenkova GG, Provotorov VM, Ovsyannikov ES. Investigation of cough caused by gastroesophageal reflux disease using the methods of tussography and spectral tussophonobarography. Pulmonology. 2006;6:56-61 (in Russian)]. DOI:10.18093/0869-0189-2006-6-56-61
8. Абдурахимов А.Х., Хегай Л.Н., Юсупова Ш.К. COVID-19 и его осложнения. Re-health journal. 2021;4(12):61-74 [Abdurakhimov AH, Hegai LN, Yusupova SK. COVID-19 and its complications. Re-health journal. 2021;4(12):61-74 (in Russian)].
________________________________________________
2. Wang D, Hu B, Hu C, et al. Clinical Characteristics of 138 Hospitalized Patients With 2019 Novel Coronavirus-Infected Pneumonia in Wuhan, China. JAMA. 2020;323(11):1061-9. DOI:10.1001/jama.2020.1585
3. Guan WJ, Ni ZY, Hu Y, et al. China Medical Treatment Expert Group for Covid-19. Clinical Characteristics of Coronavirus Disease 2019 in China. N Engl J Med. 2020;382(18):1708-20. DOI:10.1056/NEJMoa2002032
4. Qasem A, Shaw AM, Elkamel E, et al. Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Diagnostic Tools: A Focus on Detection Technologies and Limitations. Curr Issues Mol Biol. 2021;43(2):728-48. DOI:10.3390/cimb43020053
5. Semenkova GG, Provotorov VM, Sychev VV, et al. Spectral toussophonobarography is a method for assessing the reversibility of bronchial obstruction in patients with bronchial asthma. Pulmonology. 2003;6:32-6 (in Russian).
6. Morice AH, Kitt MM, Ford AP, et al. The effect of gefapixant, a P2X3 antagonist, on cough reflex sensitivity: a randomised placebo-controlled study. Eur Respir J. 2019;54(1):1900439. DOI:10.1183/13993003.00439-2019
7. Semenkova GG, Provotorov VM, Ovsyannikov ES. Investigation of cough caused by gastroesophageal reflux disease using the methods of tussography and spectral tussophonobarography. Pulmonology. 2006;6:56-61 (in Russian). DOI:10.18093/0869-0189-2006-6-56-61
8. Abdurakhimov AH, Hegai LN, Yusupova SK. COVID-19 and its complications. Re-health journal. 2021;4(12):61-74 (in Russian).
Авторы
А.В. Будневский*1, Е.С. Овсянников1, С.Н. Авдеев2, О.Н. Чопоров1, С.Н. Фейгельман1, А.В. Максимов3
1ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, Воронеж, Россия;
2ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет), Москва, Россия;
3ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Воронеж, Россия
*budnev@list.ru
1Burdenko Voronezh State Medical University, Voronezh, Russia;
2Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University), Moscow, Russia;
3Voronezh State University, Voronezh, Russia
*budnev@list.ru
1ФГБОУ ВО «Воронежский государственный медицинский университет им. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, Воронеж, Россия;
2ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет), Москва, Россия;
3ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Воронеж, Россия
*budnev@list.ru
________________________________________________
1Burdenko Voronezh State Medical University, Voronezh, Russia;
2Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University), Moscow, Russia;
3Voronezh State University, Voronezh, Russia
*budnev@list.ru
Цель портала OmniDoctor – предоставление профессиональной информации врачам, провизорам и фармацевтам.