закрыть

Сделать ярлык на главный экран?

Jornal Brasileiro de Pneumologia – Эффективность фотограмметрической модели для анализа торакоабдоминальной дыхательной механики при оценке изоволюмических маневров у детей

АННОТАЦИЯ

Цель: Проверить применимость геометрической модели, адаптированной к положению на спине, для анализа механики дыхания в отношении изменений в латеральных торакоабдоминальных областях у детей с бронхиальной астмой. Методы. Девятнадцать детей (средний возраст 11,26 ± 1,28 года) выполняли изоволюмические маневры (ИВМ) после максимального вдоха с последующим закрытием голосовой щели и чередованием воздушного потока между брюшным и грудным отделами. Маневры записывались на цифровую видеокамеру, расположенную перпендикулярно плоскости движения, и отбирались интересующие изображения. Геометрическая модель трассировалась на каждом изображении на основе поверхностных ориентиров анатомических эталонов. Прослеженные площади были рассчитаны с помощью компьютерной программы, а результаты были преобразованы в метрические единицы (см2) с использованием поверхностного ориентира известной площади. Были рассчитаны относительные вклады (RC) субкомпартментов по отношению к их первоначальным компартментам и грудной стенке (CW). Результаты. Модель была основана на 55 изображениях IVM грудной клетки и 55 изображениях IVM брюшной полости. Области и подрайоны сравнивались между маневрами. Существовали значительные различия во всех субкомпартментах (p

Ключевые слова: фотограмметрия; Механика дыхания; Обработка изображений с помощью компьютера.

RESUMO

Цель: Тестирование применения геометрической модели, адаптируемое к дыхательной системе, для анализа дыхательной системы в зависимости от различных областей торакоабдоминальной области Laterais em crianças asmáticas. Métodos: Dezenove crianças (media de idade: 11,26 ± 1,28 anos) реализует manobras de isvolume (MIV) após inspiração maxima, seguida de fechamento da glote e alternância do ar entre os compartimentos брюшной полости и торакико. Как manobras foram filmadas por uma camera digital перпендикулярно плоскости движения, e as imagens de interesse foram selecionadas. O modelo geométrico foi traçado sobre cada imagem, orientado por marcadores de superfície em referências anatômicas. По мере того, как области traçadas foram calculadas através de um programa, e os resultsados ​​foram convertidos para unidades métricas (cm2) utilizando um marcador de superfície de área conhecida. Foram calculadas as contribuições relativas (CRs) dos subcompartimentos em relação ao seu compartimento de origem e à parede torácica (PT).

Палаврас-чаве: Фотограметрия; Механика дыхания; Processamento де Imagem Assida por Computador.

Изоволюмический маневр (IVM),(1,2) или маневр для определения изоволюметрических изменений в грудной клетке и брюшной полости был создан в качестве калибровочного метода для поверхностного анализа при изучении дыхательной механики. IVM является релевантным клиническим выражением взаимосвязи между силами сцепления грудной клетки и живота. (3) Эти силы приводят к контролируемой активации дыхательных мышц (4) во время изменения объема легких.

IVM была впервые описана в 1967 году в исследовании, анализирующем кинетические отношения между грудным и брюшным отделами при различных объемах.

Мышечная активность при выполнении IVM не похожа на стандартный механизм, наблюдаемый при дыхании. Напротив, смещение живота внутрь во время расширения грудной клетки является клиническим признаком дыхательной недостаточности. (3) Таким образом, систематизация IVM для исследовательских целей требует, чтобы добровольцы научились выполнять маневр с помощью предварительной подготовки или графической обратной связи, прежде чем его можно будет использовать для измерений.

Вопрос относится к механике, связанной с сознательным контролем дыхательных движений грудной и брюшной полости (7), и напрямую связан с развитием стратегии лечения пациентов с хроническими респираторными заболеваниями, особенно детей (8,9).) Этот маневр связан с сознательным контролем мышечной активности с использованием преднамеренной механической стратегии. Он успешно выполняется, когда диафрагма и межреберные мышцы попеременно мобилизуются, чтобы вызвать изменение распределения воздуха между областями легких. (10)

Эта концепция является фундаментальной для разработки новых технологий, использующих движение торакоабдоминальной поверхности для измерения изменения объема легких. Цель этого исследования состояла в том, чтобы представить геометрическую модель фотограмметрии, обозначенную как биофотограмметрия параанализа механики дыхания (BAMER, фотограмметрический анализ дыхательной механики) и ранее использовавшуюся у взрослых, для анализа изменений торакоабдоминального контура во время ИВМ у детей после вдыхания заданного объема воздуха, который приблизительно соответствует общей емкости легких.

Методы

Процедуры, использованные в настоящем исследовании, были одобрены Комитетом по этике Федеральной клинической больницы Параны (HC/UFPR, Федеральный университет клинической больницы Параны) в соответствии с Резолюцией 196/96 Национального совета здравоохранения Бразилии. Это было описательное обсервационное исследование, в котором анализировались IVM, выполненные 19 детьми с астмой в возрасте 9-13 лет, которые получали лечение в течение не менее 12 месяцев и были стабильны в течение не менее 30 дней до тестирования. Детей обследовали в амбулаторной клинике Отделения детской аллергии, иммунологии и пульмонологии HC/UFPR в Куритибе, Бразилия, и в специализированном отделении в Паранагуа, Бразилия, в период с октября по декабрь 2006 г.

Дети, участвовавшие в этом исследовании, ранее были проинструктированы о выполнении ИВМ и прошли рутинное исследование дыхательных мышц с помощью неспецифических диагностических тестов, а именно определение максимального дыхательного давления и ПСВ, а также измерение окружности грудной клетки и живота при максимальных дыхательных маневрах.

Получение изображений

Поскольку дети, как правило, не могут оставаться неподвижными при выполнении максимальных дыхательных маневров, мы выбрали выполнение ИВМ в положении лежа на спине с выпрямлением пояснично-крестцового отдела, выполняемым оценщиком посредством ручного растяжения. Верхние конечности согнуты, отведены и ротированы кнаружи, руки помещены под шейный изгиб, локти полностью отведены (рис. 1).

После первоначальных испытаний маркеры с плоской сферической поверхностью (диаметром 13 мм) были размещены в следующих местах: (1) передняя верхняя подвздошная ость; (2) латеральнее пупка; 3) нижний угол хряща 10-го ребра; (4) латеральнее мечевидного отростка; и (5) латеральнее яремной вырезки грудины. Эти точки служили ориентирами для геометрического очерчивания торакоабдоминальных отделов на изображениях, полученных во время ИВМ.

После нескольких пробных запусков были получены образы IVM. Для измерения объема воздуха, вдыхаемого перед маневрами, процедуры выполнялись в следующей последовательности: (а) позиционирование носового зажима и мундштука аналогичного спирометра (модель RM-121; Ohmeda, Боулдер, Колорадо, США) с минимальной чувствительностью 10 мл, функция измерения которого была деактивирована; б) умеренный вдох с последующим активным выдохом почти до остаточного объема; (c) активация функции измерения спирометра с последующим максимальным вдохом почти до полной емкости легких; г) постинспираторная задержка дыхания для считывания измеренного объема и корректировки схемы вдоха; (e) удаление мундштука с последующим закрытием голосовой щели для поддержания вдыхаемого объема; (f) выполнение IVM с чередованием маневра Мюллера, или брюшного IVM (AIVM), и маневра грудного вдоха с брюшным выдохом, или грудного IVM (TIVM).

Обработка изображений

Для каждого ребенка был создан один фильм. Из этих фильмов мы извлекли изображения маневров в стабильные моменты времени. Извлечение изображений проводили с использованием компьютерной программы Corel R.A.V.E.® (Corel Corp., Оттава, Онтарио, Канада). Каждая выбранная фотограмма экспортировалась в компьютерную программу CorelDraw®, версия 12 (Corel Corp.), которая использовалась для отслеживания торакоабдоминальных отделов на основе поверхностных ориентиров.

Построение адаптированной модели BAMER определялось неправильными четырехугольниками, проведенными на изображениях из поперечных к грудной клетке плоскостей, ориентируясь по поверхностным маркерам. Область грудной стенки (ГС) очерчивали сверху на уровне яремной вырезки грудины и снизу на уровне передней верхней подвздошной ости. Эта область была разделена на уровне мечевидного отростка на грудной отдел (ТК) и брюшной отдел (АК). Затем каждый отсек был разделен на четыре подотсека (рис. 2).

ТК на уровне мечевидного отростка разделяли на верхнегрудной и нижнегрудной подкомпартменты. На уровне нижнего угла хряща 10-го ребра АК делили на верхний и нижний брюшной подкомпартменты. Четырехугольники очерчены верхним и нижним соединением границ переднего и заднего торакоабдоминальных контуров.

Трассировка модели BAMER для каждого маневра была затем экспортирована в программу AutoCAD® 2005 (Autodesk Inc., Сан-Рафаэль, Калифорния, США), которая использовалась для расчета поперечных площадей с использованием площади одного из маркеров поверхности (1,69).см2) для калибровки преобразования. В подразделениях модели результат математического объединения латеральных площадей позволил рассчитать парциальные и полные относительные вклады (ОК) каждого подкомпартмента по отношению к его исходному отсеку, а также к КС в целом.

Статистический анализ результатов был выполнен с использованием программы Statistical Package for the Social Sciences, версия 13. 0 (SPSS Inc., Чикаго, Иллинойс, США), с применением критерия Колмогорова-Смирнова для оценки нормального распределения данных и парных параметрических логических тестов для оценки каждого уровня разделения модели вместе с анализом различий между маневрами с точки зрения RC. Для всех анализов уровень значимости был установлен на p 9.0003

Результаты

Из 25 детей, прошедших скрининг, 22 согласились участвовать в этом исследовании. В конце процесса оценки и съемок возникли технические проблемы с фильмами для троих детей. Таким образом, результаты включают данные только по 19 детям. Из этих 19 детей 8 девочек и 11 мальчиков. Средний возраст составил 11,26 ± 1,28 года. В 58% случаев бронхиальная астма сопровождалась диагнозом ринит. Модель BAMER была применена к изображениям 110 маневров, из которых 55 были изображениями TIVM и 55 изображениями AIVM.

Сравнение результатов для одних и тех же отсеков с маневрами

В таблице 1 показан описательный статистический анализ и процентное распределение результатов, полученных для измерений в каждом разделе модели. Критерий Колмогорова-Смирнова показал нормальное распределение данных, что позволило использовать параметрические логические критерии для сравнительного анализа результатов.

Критерий Стьюдента был применен для сравнения AIVM и TIVM для каждого подразделения модели BAMER. Результаты показали значительные различия между подразделениями (стр.

Анализ относительных вкладов подразделений модели

ОЦ являются безразмерными и рассчитаны на основе следующих соотношений: 1) между площадью деления и суммарной расчетной площадью КС; (2) между площадью подотсека и площадью его первоначального отсека. Результаты представлены в таблице 2.

Сравнительный анализ TIVM и AIVM с использованием t-критерия Стьюдента показал, что средние отношения RC относительно CW значительно различаются (p

Обсуждение

Как правило, количественные измерения дыхательных движений основаны на измерении объема легких и смещения торакоабдоминальных структур, вызванного объемом легких. Поскольку ткани КС практически несжимаемы, изменения объема легких приводят к торакоабдоминальному смещению. Измерения такого смещения можно использовать для неинвазивной оценки объема без необходимости использования интерфейса, такого как мундштук или маска. (4)

Согласно двухкамерной модели, предложенной Конно и Мидом (1), грудная клетка и брюшная полость двигаются независимо во время дыхания в состоянии покоя у большинства людей. Одновременная регистрация смещений грудной клетки и брюшной полости необходима для точного измерения торакоабдоминального смещения, которое напрямую связано с изменением объема легких. (4) Активация межреберных мышц и вспомогательных инспираторных мышц вызывает расширение грудной клетки, способствуя встречному втягиванию брюшной полости. Напротив, активация мышц живота приводит к сокращению живота,
, вызывая расширение брюшной полости за счет повышения внутрибрюшного давления, а также втягивания грудной клетки за счет прямого воздействия прикрепления этих мышц к краю ребер. (12)

В исследованиях дыхательной механики, основанных на торакоабдоминальном смещении, CW рассматривается как линейная эластичная система с двумя степенями свободы движения. (13) В этом контексте диафрагма по-разному влияет на TC и AC. При дыхании в состоянии покоя диафрагма вызывает смещение наружу всего CW, тогда как во время пробы Мюллера брюшная стенка смещается наружу одновременно с сокращением грудной клетки. При закрытии голосовой щели эта система имеет только одну степень свободы движений, и усиление между торакальными и брюшными сигналами одинаково. Таким образом, возможно изменение торакоабдоминального контура, вызывающее поочередное смещение объема одного отдела в другой, т. е. чередование выполнения маневра Мюллера с сокращением межреберных и вспомогательных инспираторных мышц.(14,15)

Первые исследования изоволюмических кривых давление-расход относятся к 1960-м годам. (16,17) Они показали, что значение стабилизации дыхательной системы при закрытии дыхательных путей определяется исключительно объемом легких. Поскольку достижение баланса потока не зависело от усилия, сингулярная зависимость между максимальной скоростью потока и объемом легких легко определялась по графику, включающему переменные скорость потока и объем легких, полученные при одном выдохе при ФЖЕЛ. Таким образом, кривая максимального объема выдоха была построена как третья плоскость трехмерного графика
дыхательной механики. (2)

Konno & Mead систематизировали и представили IVM в качестве ресурса для калибровки инструментов для измерения изменений объема легких путем определения торакоабдоминального смещения. (1) Эта стратегия использовалась большинством исследователей, работающих в области дыхательной механики. (15) Торакоабдоминальный контур и движение можно определить с использованием различных поверхностных методов в соответствии с различными физическими принципами, такими как магнитометрия,(18) индуктивная плетизмография,(19) кинетическая визуализация (20) и световая проекция (21). Двух- или трехмерная информация, полученная любым из этих методов, используется для определения клинически значимых аспектов дыхательной механики.

Использование фотограмметрии для анализа двумерных торакоабдоминальных дыхательных движений позволило получить четким и простым способом доказательства взаимосвязи между движением и объемом в известных условиях, а также результаты , ранее описанные с использованием более надежных систем. (13,15) Это возможно, потому что модель BAMER способна количественно оценить различия между AIVM и TIVM с точки зрения аккомодации областей. (10) Использование положения на спине для тестирования модели BAMER у детей в настоящем исследовании соответствует следствию, утверждающему, что для выполнения IVM требуется фиксированное положение (13) 9.0003

С учетом полученных результатов мы можем предложить применение модели BAMER для наблюдения за эволюцией контроля дыхательных мышц в результате таких стратегий, как респираторная терапия (22,23), глобальное постуральное переобучение (24) и тренировки пилатеса, используемые в качестве дополнения к стандартному лечению респираторных заболеваний. Эти дополнительные ресурсы используют определение вариаций IVM как технику дыхательных упражнений, при которой контроль маневра является сознательным и произвольным. Принципиально важно, чтобы активные и пассивные силы, действующие на ТС во время дыхательного движения, контролировались мышечными, упругими и нажимными элементами, чтобы человек, выполняющий ИВМ, имел произвольный контроль над всеми этими элементами. Модель BAMER доказала свою эффективность при проведении измерений в этом контексте.

Уровни разделения, предложенные в модели BAMER, использовались для выявления соответствующих аспектов при наблюдении за пациентами, выздоравливающими от первичного или вторичного респираторного заболевания (25), и при выполнении абдоминального маневра. Это было сделано при оценке величины произвольного контроля дыхательных мышц, например, в дыхательных упражнениях по реабилитации. (22) Техники, используемые в дыхательных упражнениях, являются одними из самых популярных дополнительных медицинских техник, используемых пациентами с астмой или другими респираторными заболеваниями. Дыхательные упражнения, такие как йога и диафрагмальное дыхание, приводят к сокращению использования агонистов β2 короткого действия и улучшению качества жизни (26) 9. 0003

Хотя крайне важно проводить дальнейшие исследования с использованием фотограмметрии в различных клинических ситуациях и в разных возрастных группах, модель BAMER представляет собой многообещающий ресурс для количественной последующей оценки пациентов. Количественная оценка интенсивности работы IVM и способа ее выполнения путем измерения скорости RC в каждом отсеке являются важным вкладом модели BAMER. Его также можно использовать для ежедневной обратной связи в программах респираторной реабилитации, а также для обеспечения терапевтической мотивации пациентов с респираторными заболеваниями, особенно детей и пожилых людей. Ограничения метода должны быть дополнительно изучены, чтобы его можно было использовать в будущем в качестве дополнительного ресурса при физическом и функциональном исследовании активности дыхательных мышц.

Мы пришли к выводу, что модель BAMER, примененная у детей и адаптированная к положению на спине, была эффективной для профилирования изменений торакоабдоминального контура во время выполнения IVM. Подразделения модели позволили более точно отождествить RC каждого подразделения с общей вариацией CW. Эти результаты указывают на необходимость дальнейших исследований по изучению использования этой модели для анализа до и после реализации терапевтических стратегий, которые могли бы улучшить произвольный контроль дыхательных мышц, а также для анализа выполнения терапевтических и диагностических маневров, особенно у детей.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Grupo de Apoio ao Programa de Educação Respiratoria (GAPER, Группа поддержки программы респираторного образования) города Паранагуа, Бразилия, за предоставленную нам возможность провести настоящее исследование в их учреждениях.

Ссылки

1. Конно К., Мид Дж. Измерение отдельных изменений объема грудной клетки и брюшной полости во время дыхания. J Appl Physiol. 1967;22(3):407-22.

2. Маклем PT. Механика дыхания. Am J Respir Crit Care Med. 1998;157(4 Пт 2):88-94.

3. Приск Г.К., Хаммер Дж., Ньют С.Дж. Методы измерения торакоабдоминальной асинхронии. Педиатр Пульмонол. 2002;34(6):462-72.

4. Американское торакальное общество/Европейское респираторное общество. Заявление ATS/ERS о тестировании дыхательных мышц. Am J Respir Crit Care Med. 2002;166(4):518-624.

5. Gilbert R, Auchincloss JH Jr, Peppi D. Связь движения грудной клетки и живота с функцией диафрагмы при спокойном дыхании. Грудь. 1981;80(5):607-12.

6. Sackner MA, Watson H, Belsito AS, Feinerman D, Suarez M, Gonzalez G, et al. Калибровка респираторного индукционного плетизмографа при естественном дыхании. J Appl Physiol. 1989;66(1):410-20.

7. Лаги Ф., Тобин М.Дж. Нарушения дыхательной мускулатуры. Am J Respir Crit Care Med. 2003;168(1):10-48.

8. Люс Дж.М., Калвер Б.Х. Функция дыхательных мышц в норме и при патологии. Грудь. 1982;81(1):82-90.

9. Postiaux G. Fisioterapia Respiratoria Pediátrica: O tratamento guiado por ausculta pulmonar. Порту-Алегри: Артмед; 2004.

10. Де Гроот А., Пайва М., Вербандт Ю. Математическая оценка качественной диагностической калибровки респираторной индукционной плетизмографии. J Appl Physiol. 2001;90(3):1025-30.

11. Ричери Д.В., Росарио-Фильо Н.А. Оценка влияния внешних факторов на дыхательную механику оценивается с помощью конкретной фотограмметрической модели. J Брас Пневмол. 2008;34(9):702-6.

12. Хиллман Д.Р., Финукейн К.Е. Модель дыхательного насоса. J Appl Physiol. 1987;63(3):951-61.

13. Уилсон Т.А. Механика компартментных моделей грудной клетки. J Appl Physiol. 1988;65(5):2261-4.

14. Faithfull D, Jones JG, Jordan C. Измерение относительного вклада грудной клетки и брюшной полости/диафрагмы в спокойное дыхание человека. Бр Джей Анаст. 1979;51(5):391-8.

15. Тобин М.Дж. Анализ паттерна дыхания. Интенсивная терапия Мед. 1992;18(4):193-201.

16. Хаятт Р.Е., Шильдер Д.П., Фрай Д.Л. Взаимосвязь между максимальной скоростью выдоха и степенью раздувания легких. J Appl Physiol. 1958;13(3):331-6.

17. Hyatt RE, Wilcox RE. Взаимоотношения давление-поток во внутригрудных дыхательных путях человека. Джей Клин Инвест. 1963; 42:29-39.

18. Рассел Р.И., Хелмс П.Дж. Оценка трех различных методов, используемых для измерения движений грудной клетки у детей. Евр Респир Дж. 1994;7(11):2073-6.

19. Маса Дж. Ф., Коррал Дж., Мартин М. Дж., Риско Дж. А., Сохо А., Эрнандес М. и другие. Оценка торакоабдоминальных колец для выявления возбуждения, связанного с дыхательным усилием. Евр Респир Дж. 2003;22(4):661-7.

20. Санна А., Бертоли Ф., Мисури Г., Джиглиотти Ф., Янделли И., Манчини М. и соавт. Кинематика грудной клетки и деятельность дыхательных мышц при ходьбе здорового человека. J Appl Physiol. 1999;87(3):938-46.

21. Пикок А.Дж., Морган М.Д., Гурлей С., Тертон С., Денисон Д.М. Оптическое картирование торакоабдоминальной стенки. грудная клетка. 1984;39(2):93-100.

22. Paulin E, Brunetto AF, Carvalho CR. Efeitos де programa де exercícios físicos direcionado ao aumento да mobilidade toracica эм pacientes portadores де doença pulmonar obstrutiva crônica. Дж Пневмол. 2003;29(5): 287-94.

23. Kunikoshita LN, Silva YP, Silva TL, Costa D, Jamami M. Efeitos de três programas de Fisioterapia Respiratoria (PFR) em portadores de DPOC. Преподобный Брас Физиотер. 2006;10(4):449-55.

24. Морено М.А., Катай А.М., Теодори Р.М., Борхес Б.Л., Сезар М.К., Сильва Э. Влияние программы растяжения мышц с использованием метода глобального постурального переобучения на силу дыхательных мышц и торакоабдоминальную подвижность молодых мужчин, ведущих малоподвижный образ жизни. J Брас Пневмол. 2007;33(6):679-86.

25. Hawkins P, Davison AG, Dasgupta B, Moxham J. Прочность диафрагмы при острой системной красной волчанке у пациента с парадоксальным движением живота и уменьшенным объемом легких. грудная клетка. 2001;56(4):329-30.

26. Slader CA, Reddel HK, Spencer LM, Belousova EG, Armor CL, Bosnic-Anticevich SZ, et al. Двойное слепое рандомизированное контролируемое исследование двух различных методов дыхания при лечении астмы. грудная клетка.