摘要：呼吸音能夠反映肺和氣道的生理及病理狀況，由于健康兒童和不同呼吸道疾病兒童呼吸音的聲學(xué)特性不同，因而分析呼吸音可能為兒童呼吸系統(tǒng)疾病的診斷和治療提供重要信息。隨著數(shù)字聽(tīng)診技術(shù)的發(fā)展，兒童呼吸音也逐漸成為研究熱點(diǎn)。本文總結(jié)了近些年呼吸音分析在兒童常見(jiàn)呼吸系統(tǒng)疾病診治方面的研究進(jìn)展，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：呼吸音分析；兒童；睡眠呼吸障礙；哮喘

中圖分類(lèi)號(hào)： R725.6" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" 文章編號(hào)：1000-503X（2024）05-0763-06

DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.15867

Research Progress of Breath Sound Analysis for Common Respiratory Diseases in Children

ZHANG Qiuping ，XU Yongsheng1

1Department of Respiratory Medicine，Tianjin Key Laboratory of Birth Defects for Prevention and Treatment，Tianjin Children’s Hospital，Children’s Hospital，Tianjin University，Tianjin 300134，China

2Graduate School，Tianjin Medical University，Tianjin 30004 China

Corresponding author：XU Yongsheng Tel：022-8778759 E-mail：xxyyss@126.com

ABSTRACT：Breath sounds can reflect the physiological and pathological conditions of the lungs and airways.Due to the differences in acoustic characteristics of breath sounds between healthy children and those with different respiratory diseases，analyzing breath sounds may provide important information for the diagnosis and treatment of respiratory diseases in children.With the development of digital auscultation，children’s breath sounds have gradully become a research focus.This article summarizes the recent research progress in breath sound analysis for the diagnosis and treatment of common respiratory diseases in children，offering reference for the research in related fields.

Key words：breath sound analysis；children；sleep-disordered breathing；asthma

Acta Acad Med Sin，2024，46（5）：763-768

自1817年聽(tīng)診器被發(fā)明后，聽(tīng)診作為一種診斷輔助手段，至今仍具有重要作用。但由于聽(tīng)診主觀(guān)性以及分析方法的限制，呼吸音所蘊(yùn)含的生理信息并未完全發(fā)掘，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，利用高質(zhì)量的數(shù)字聲音捕捉技術(shù)結(jié)合精確的計(jì)算機(jī)算法可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)呼吸音分析技術(shù)的缺失［1-2］，從而達(dá)到非侵入性、低成本及簡(jiǎn)單可靠的目的。最早的電子聽(tīng)診器研發(fā)于20世紀(jì)50年代，1995年美國(guó)3M公司推出了第1臺(tái)臨床數(shù)字聽(tīng)診器。數(shù)字聽(tīng)診器主要由數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理和信號(hào)處理3個(gè)模塊組成：數(shù)據(jù)采集模塊采集、過(guò)濾、緩沖和放大聲音信號(hào)，并將聲學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)；預(yù)處理模塊過(guò)濾及去除電子信號(hào)的失幀部分；信號(hào)處理模塊打包、集群數(shù)據(jù)，并進(jìn)行高級(jí)分類(lèi)，經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理及數(shù)字化后，所得數(shù)據(jù)最終用于臨床決策 ［3-4］。

數(shù)字聽(tīng)診可以利用電子（數(shù)字）聽(tīng)診器將聲學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，并進(jìn)一步處理以獲得最佳檢測(cè)效果，然后利用計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)處理和數(shù)字化電子信號(hào)，最終以圖譜和數(shù)據(jù)方式可視化顯示聲音信息［1- 5］。數(shù)字聽(tīng)診在醫(yī)療實(shí)踐中的應(yīng)用前景廣闊，可用于遠(yuǎn)程醫(yī)療（包括心肺狀況和疾病的家庭監(jiān)測(cè)）［6］、病情評(píng)估、隔離聽(tīng)診和醫(yī)學(xué)研究等?；谟?jì)算機(jī)輔助診斷程序與算法的研發(fā)不僅顯著提升了臨床診斷的準(zhǔn)確率，還具有重要的教學(xué)價(jià)值等［7］。通過(guò)采用數(shù)字聽(tīng)診技術(shù)對(duì)呼吸音進(jìn)行深入分析，可以在呼吸系統(tǒng)疾病的臨床資料、實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)及影像學(xué)特征之間建立聯(lián)系，進(jìn)而為疾病的輔助診斷及治療評(píng)估提供一種簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)、重復(fù)性好及經(jīng)濟(jì)的解決方案。

1 呼吸音分類(lèi)

呼吸音分類(lèi)命名主要參考美國(guó)胸科醫(yī)師學(xué)會(huì)和美國(guó)胸科協(xié)會(huì)的建議［8-9］。2000年歐洲呼吸學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)化呼吸音分析工作組曾試圖定義數(shù)字聽(tīng)診的呼吸音及建立呼吸音技術(shù)記錄和評(píng)估的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［10］，并于2016年建立呼吸音參考集作為未來(lái)統(tǒng)一命名法［11］的參考。但目前關(guān)于呼吸音的分類(lèi)命名仍未完全統(tǒng)一，現(xiàn)多采用歐洲呼吸學(xué)會(huì)推薦的呼吸音分類(lèi)（圖1）和聲學(xué)特征（表1）［12-13］。

2 呼吸音分析在兒童常見(jiàn)呼吸系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用

呼吸系統(tǒng)疾病在兒童疾病中的發(fā)病率占首位，是影響兒童身心健康及正常生長(zhǎng)發(fā)育的重要危險(xiǎn)因素［14］。兒童呼吸道疾病的表現(xiàn)通常以正常呼吸音的變化和異常呼吸音為特征［ 15］，不同呼吸道疾病在兒童中表現(xiàn)出不同的聲學(xué)特征。

2.1 兒童睡眠呼吸障礙

睡眠呼吸障礙在兒童中頗為常見(jiàn)，包括原發(fā)性打鼾、阻塞型睡眠呼吸暫停等疾?。?6-17］。習(xí)慣性打鼾是其突出癥狀［18］，打鼾聲通常是由聲門(mén)下狹窄或異常引起，表現(xiàn)為軟腭、咽壁、會(huì)厭和舌頭的振蕩［19］。與成人打鼾多源自軟腭撲動(dòng)相比，兒童打鼾與腺樣體、扁桃體增生和下鼻甲肥大關(guān)系更加密切［20］，因而其鼾聲聲學(xué)特征可能與成人存在差異。一項(xiàng)鼾聲與多導(dǎo)睡眠描記方法的研究發(fā)現(xiàn)，與成人相比，兒童的鼾聲信號(hào)在頻譜特征、共振峰結(jié)構(gòu)和響度方面均存在顯著差異［21］。兒童鼾聲的主頻譜峰值跨度可達(dá)5 000 Hz，高階共振峰可達(dá)15 000 Hz，基本頻率處于1 270 Hz的中頻范圍，而成人鼾聲的頻譜峰值通常低于1 000 Hz，基本頻率處于130 Hz的低頻范圍，且在6 000 Hz以上沒(méi)有明顯的能量；在共振峰結(jié)構(gòu)方面，兒童鼾聲表現(xiàn)出較成人更高的共振峰頻率；在鼾聲響度方面，兒童的聲強(qiáng)水平低于成人，阻塞型睡眠呼吸暫停患兒的聲強(qiáng)增加約12%，而成年患者增加23%。兒童鼾聲的聲學(xué)特征提示，鼾聲分析可能成為一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便且非侵入性的篩查方法，用以識(shí)別具有睡眠呼吸障礙風(fēng)險(xiǎn)的兒童，并可作為睡眠呼吸障礙患兒治療后的隨訪(fǎng)監(jiān)測(cè)工具之一。

2.2 兒童哮喘

支氣管哮喘是以慢性氣道炎癥和氣道高反應(yīng)性為特征的異質(zhì)性疾病，以反復(fù)發(fā)作的喘息、咳嗽、氣促、胸悶為主要臨床表現(xiàn)，通常在夜間和/或凌晨發(fā)作或加?。?2］。呼吸音分析在兒童哮喘領(lǐng)域的應(yīng)用亦是近年來(lái)的熱點(diǎn)。

研究表明，呼吸音參數(shù)，如A3/AT（功率譜曲線(xiàn)下第3個(gè)區(qū)域面積與100 Hz至功率譜最高頻率的曲線(xiàn)下總面積的比值）、B4/AT（功率譜曲線(xiàn)下第4個(gè)區(qū)域面積與100 Hz至功率譜最高頻率的曲線(xiàn)下總面積的比值）、RPF75（功率譜最高頻率75%處的功率與頻率之比）、RPF50（功率譜最高頻率50%處的功率與頻率之比）等，在評(píng)價(jià)哮喘或具有哮喘危險(xiǎn)因素的兒童氣道功能方面具有潛在價(jià)值。一項(xiàng)前瞻性橫斷面研究分析了具有哮喘危險(xiǎn)因素的嬰兒的呼吸音特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有過(guò)敏史或特應(yīng)性皮炎嬰兒的RPF75、RPF50和斜率高于無(wú)過(guò)敏或無(wú)特應(yīng)性皮炎嬰兒，有呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus，RSV）感染史嬰兒的F99（功率譜的99%限制頻率）顯著高于無(wú)RSV感染病史嬰兒，這些特征可能有助于預(yù)測(cè)嬰兒未來(lái)發(fā)生哮喘的風(fēng)險(xiǎn)［23］。哮喘患者呼吸音的聲譜分析研究發(fā)現(xiàn)，在哮喘發(fā)作期間，呼吸音的聲譜圖（表示時(shí)間和聲頻的關(guān)系）主要呈現(xiàn)出在呼氣相高音調(diào)區(qū)域的一種特征性的亮波型帶模式，頻率可達(dá)400 Hz或更高，F(xiàn)50（功率譜的50%限制頻率）介于（180±86）Hz和（909±81）Hz之間，持續(xù)時(shí)間一般為40～350 ms，頻率值可在175～1200 Hz，這些參數(shù)可能作為哮喘急性發(fā)作時(shí)的預(yù)警指標(biāo)［24-25］。

肺功能是診斷哮喘的重要手段，也是評(píng)估哮喘嚴(yán)重程度和控制水平的重要依據(jù)。針對(duì)哮喘兒童的呼吸音分析研究發(fā)現(xiàn)呼吸音參數(shù)與肺功能參數(shù)存在關(guān)聯(lián)性。Nukaga等［26］對(duì)64例6～16歲哮喘患兒在使用β2激動(dòng)劑前后的呼吸音進(jìn)行分析，結(jié)果表明β2激動(dòng)劑吸入后中頻區(qū)的功率增加，而高頻區(qū)的功率減少，常見(jiàn)參數(shù)F50、F99和斜率的中位值沒(méi)有變化，但頻譜曲線(xiàn)指數(shù)A3/AT、B4/AT、RPF75和RPF50顯著增加；同時(shí)比較β2激動(dòng)劑吸入前后發(fā)現(xiàn)ΔRPF50（RPF50變化值）與ΔR5-R20（5 Hz和20 Hz之間呼吸阻力差的變化值）具有相關(guān)性，在校正ΔRPF75的影響后，ΔA3/AT和ΔB4/AT與ΔFEV1（第1秒用力呼氣量的變化值）呈正相關(guān)，提示呼吸音分析在評(píng)估哮喘兒童可逆性氣道受限方面具有潛在價(jià)值。Koike等［27］研究也證實(shí)頻譜曲線(xiàn)指數(shù)可較好地反映哮喘兒童吸入β2激動(dòng)劑后的呼吸音參數(shù)變化，可作為評(píng)估哮喘兒童支氣管擴(kuò)張的指標(biāo)。

在咳嗽變異性哮喘（cough variant asthma，CVA）患兒的呼吸音研究中發(fā)現(xiàn)，吸入β2激動(dòng)劑后，參數(shù)P3/PT（功率譜第3區(qū)域的總功率與功率譜總功率區(qū)域的比值）、P4/PT（功率譜第4區(qū)域的總功率與功率譜總功率區(qū)域的比值）、RPF75和RPF50顯著增加，這4個(gè)參數(shù)變化可以反映CVA患者的氣道狀態(tài)，從而有助于CVA的診斷及評(píng)估［28］。此外，Kondo等［25］研究發(fā)現(xiàn)高音調(diào)的呼吸音參數(shù)A1000（大于1000 Hz的功率譜曲線(xiàn)下面積）、A1000/AT（A1000與100 Hz至功率譜最高頻率的曲線(xiàn)下總面積的比值）能夠很好地反映哮喘兒童氣道功能變化，且ΔA1000與ΔFEV1呈負(fù)相關(guān)。在相對(duì)中音調(diào)呼吸音參數(shù)的研究方面，Matsuda等［29］發(fā)現(xiàn)參數(shù)A2/A3（功率譜曲線(xiàn)下第2區(qū)域與第3區(qū)域面積之比）和B3/B4值（功率譜曲線(xiàn)下第3區(qū)域與第4區(qū)域面積之比）在吸入乙酰甲膽堿后顯著升高，而在吸入β2激動(dòng)劑后降低。Imamura等［30］和Tabata等［31］研究也證實(shí)了A2/A3和B3/B4參數(shù)在檢測(cè)氣道狹窄方面的價(jià)值，其可作為提示兒童氣道狹窄情況的敏感臨床指標(biāo)。

哮喘的長(zhǎng)期管理在哮喘治療過(guò)程中占據(jù)著重要地位，肺功能檢查雖然能夠較好地評(píng)估哮喘長(zhǎng)期管理情況，但在預(yù)測(cè)急性發(fā)作、評(píng)估藥物療效和氣道改善情況、技術(shù)簡(jiǎn)單和可重復(fù)等方面仍處在不足，而呼吸音分析作為評(píng)估氣道反應(yīng)性的工具，有望成為一種安全簡(jiǎn)便的評(píng)估方法［32］。Imamura等［33］對(duì)34例長(zhǎng)期哮喘控制良好患兒的呼吸音樣本進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，吸入β2激動(dòng)劑后，呼吸音參數(shù)F99降低而A3/AT、B4/AT和RPF75升高；與肺功能參數(shù)進(jìn)一步分析顯示ΔA3/AT和ΔB4/AT與ΔR5-R20顯著相關(guān)，ΔB4/AT與ΔR5和ΔX5（5 Hz時(shí)的電阻抗）顯著相關(guān)。這些呼吸音參數(shù)未來(lái)可能作為一種良好、簡(jiǎn)便、易獲取的客觀(guān)指標(biāo)來(lái)評(píng)估哮喘兒童長(zhǎng)期管理中的氣道變化情況，但仍需要更多深入的研究加以驗(yàn)證。

2.3 兒童肺炎

肺炎至今仍是全球5歲以下兒童死亡的主要原因之一，2013年全球630萬(wàn)兒童死亡病例中，其中因肺炎死亡90萬(wàn)例［34］，早期識(shí)別和診斷兒童肺炎對(duì)于選擇預(yù)防或治療策略以及評(píng)估疾病負(fù)擔(dān)十分重要［35］。在嘈雜且擁擠的臨床環(huán)境中，使用數(shù)字設(shè)備進(jìn)行兒童呼吸音錄制是可行的。研究表明，數(shù)字聽(tīng)診與常規(guī)聽(tīng)診的結(jié)果具有中等一致性，且數(shù)字聽(tīng)診更容易檢測(cè)到喘鳴音，顯示出一定的臨床參考價(jià)值。對(duì)于不存在世界衛(wèi)生組織定義的肺炎高危因素的低風(fēng)險(xiǎn)兒童，數(shù)字聽(tīng)診檢測(cè)到的喘鳴音與較低的胸片異常率和死亡率相關(guān)。然而，對(duì)于存在肺炎高危因素的兒童，這種相關(guān)性尚不明確。關(guān)于肺炎診斷中關(guān)鍵的固定濕啰音，其聲學(xué)特征的研究仍需進(jìn)一步探索［36-38］。隨著數(shù)字聽(tīng)診的發(fā)展，對(duì)肺炎呼吸音分析可能有助于兒童肺炎的初步診斷和干預(yù)，特別是對(duì)醫(yī)療資源匱乏地區(qū)兒童肺炎的遠(yuǎn)程診斷及護(hù)理。但目前通過(guò)數(shù)字聽(tīng)診獲取呼吸音來(lái)診斷兒童肺炎的研究證據(jù)較少，需要開(kāi)展更加嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的臨床試驗(yàn)，以評(píng)估數(shù)字聽(tīng)診在兒童肺炎診斷中的準(zhǔn)確性，并深入探討呼吸音分析結(jié)果與兒童肺炎特征的相關(guān)性。

2.4 兒童RSV急性細(xì)支氣管炎

由RSV引起的急性細(xì)支氣管炎是嬰幼兒常見(jiàn)的呼吸系統(tǒng)疾病之一，據(jù)估計(jì)，該病毒每年在全球范圍內(nèi)造成約3 380萬(wàn)例5歲以下兒童的急性下呼吸道感染，其中2015年導(dǎo)致320萬(wàn)例5歲以下兒童住院治療，59 600例患兒死亡［39］。研究發(fā)現(xiàn)早期RSV感染與嬰兒期和兒童期反復(fù)喘息及哮喘的發(fā)展有關(guān)［40］，因而尋找可早期識(shí)別和評(píng)估RSV急性細(xì)支氣管炎的簡(jiǎn)便且有效的指標(biāo)對(duì)于該病的治療及預(yù)后具有重要意義。Kuruma等［41］對(duì)RSV急性細(xì)支氣管炎嬰兒急性期和恢復(fù)期的呼吸音分析發(fā)現(xiàn)，低頻和中頻呼氣-吸氣功率比在急性期增加而在恢復(fù)期降低，且中頻呼氣-吸氣功率比與患兒的血氧飽和度呈負(fù)相關(guān)、與臨床嚴(yán)重程度評(píng)分呈正相關(guān)，但與住院天數(shù)無(wú)關(guān)。中頻呼氣-吸氣功率比可作為RSV急性細(xì)支氣管炎的呼吸音特征的重要指標(biāo)，對(duì)于疾病早期識(shí)別及治療評(píng)估有一定的參考價(jià)值。

2.5 兒童肺不張

肺不張是指一個(gè)或多個(gè)肺段或肺葉完全或部分塌陷，是兒童肺炎或支氣管哮喘的并發(fā)癥之一［42］，最常發(fā)生于右肺中葉［43］。由于肺不張伴隨著局部通氣的減少和塌陷肺組織的結(jié)構(gòu)變化，可導(dǎo)致呼吸音的強(qiáng)度或頻譜發(fā)生改變。Adachi等［44］研究顯示兒童治療前、后的肺不張組與對(duì)照組各頻段的吸氣時(shí)右左側(cè)頻率比和呼氣-吸氣頻率比之間存在明顯差異，吸氣和呼氣聲音強(qiáng)度之間的變化差異可作為評(píng)估肺不張改善程度的一個(gè)重要聽(tīng)診指標(biāo)，持續(xù)較低的吸氣時(shí)右左側(cè)頻率比可能與局部通氣的持續(xù)下降有關(guān)，而標(biāo)準(zhǔn)化呼氣-吸氣頻率比則與薄壁組織的重新擴(kuò)張有關(guān)，這可能為肺不張的治療評(píng)價(jià)提供一種新的簡(jiǎn)便方法。

3 展望

目前，呼吸音分析在兒童呼吸道常見(jiàn)疾病的應(yīng)用研究主要集中在兒童哮喘領(lǐng)域，雖然已有部分臨床研究對(duì)其他呼吸道常見(jiàn)疾病進(jìn)行了探索，但仍存在研究樣本量偏少，同類(lèi)研究中使用指標(biāo)不一致等問(wèn)題，尚需進(jìn)一步驗(yàn)證和分析。同時(shí)大多數(shù)研究聚焦于呼吸音參數(shù)與肺功能參數(shù)的關(guān)聯(lián)性，而關(guān)于呼吸音參數(shù)與實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)指標(biāo)如C-反應(yīng)蛋白、降鈣素以及影像學(xué)特征的相關(guān)性研究較少。針對(duì)不同兒童呼吸系統(tǒng)疾病的呼吸音分析、總結(jié)以及臨床價(jià)值還需要大量的科學(xué)研究和實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證。隨著聲音采集和分析系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，呼吸音分析在臨床中的潛在價(jià)值已逐漸顯現(xiàn)，其作為一種簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)、重復(fù)性好及經(jīng)濟(jì)的方法在未來(lái)兒童呼吸系統(tǒng)疾病的初步診斷、療效評(píng)估中將發(fā)揮重要作用。

利益沖突 所有作者聲明無(wú)利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明 張秋萍：文獻(xiàn)檢索、文章撰寫(xiě)及核修；徐勇勝：對(duì)重要學(xué)術(shù)性?xún)?nèi)容做出關(guān)鍵性修訂、文稿審閱和定稿

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2023-10-07）