Фонокардиография (ФКГ) — метод графической регистрации звуковой симптоматики, проявляющейся при аускультации сердца. ФКГ разрабатывалась с целью объективизации информации о тонах и шумах сердца. Помимо графического изображения данных и возможности сохранения записи для ее оценки в динамике, преимуществом ФКГ перед аускультацией является синхронная запись с электрокардиограммой (ЭКГ), которая позволяет выявлять временны́е соотношения между звуковыми и электрическими процессами в сердце, а также регистрировать низкочастотные звуковые феномены, например III и IV тоны, которые плохо улавливаются человеческим слухом.

В прошлом нередко подчеркивалось, что ФКГ не позволяет передать все богатство и разнообразие «тембровой» характеристики тонов и шумов (например, такие характеристики, как «грубый», «нежный», «дующий», «скребущий»). Однако в последние годы развитие цифровых технологий и внедрение математических методов анализа данных существенно расширили возможности характеризовать тоны и шумы сердца по их акустическим компонентам, структуре, частоте и интенсивности.

При этом такие достоинства ФКГ, как неинвазивность, безопасность, отсутствие противопоказаний, сравнительно недорогое оборудование, создают предпосылки для ее применения в условиях телемедицины в целях дистанционного биомониторинга, в том числе в системах домашней медицины. Возможность осуществлять удаленное наблюдение за пациентами, автоматическая передача информации об их состоянии в телемедицинский центр, организация экстренного реагирования при ухудшении физиологических показателей представляются особенно актуальными для больных с сердечной недостаточностью (СН).

Оборудование. В последние годы как в нашей стране [1—3], так и за рубежом [4] появляется все больше сообщений о создании систем удаленного беспроводного мониторинга данных ФКГ. Как правило, подобные системы отличаются малым размером, высокой пропускной способностью, низкой стоимостью, возможностью уменьшения звуковых помех с помощью шумоподавителя. Подобные системы могут быть реализованы на основе персонального компьютера, ноутбука [5], смартфона с внешним микрофоном [6]. Компактность аппаратного решения и беспроводной характер регистрации позволяют использовать их как в домашних условиях (что удобно для пожилых больных и людей с ограниченными возможностями здоровья), так и при физических нагрузках и в чрезвычайных ситуациях. Общим недостатком ряда подобных систем является отсутствие синхронной записи ЭКГ, что может затруднять определение фаз сердечного цикла, особенно при тахикардии.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2006—2009 гг. была разработана технология построения многоуровневых частотно-временны́х вейвлет-представлений (от английского «wavelet» — «небольшая волна» — математическая функция, позволяющая анализировать различные частотные компоненты данных) акустических сигналов сердца (акустокардиограмм, или «звуковых портретов» сердца), которые позволяют выявлять тончайшие особенности тонов и шумов [7]. В 2009 г. проект «Акустокардиограф» получил Национальную премию России в области кардиологии «Пурпурное сердце». Для дистанционной обработки цифровых фонокардиограмм был создан портал АКУСТОКАРД (http://acustocard.ru), который позволяет обрабатывать фонокардиограммы, зарегистрированные в форматах WAV или mp3, загружаемые через Интернет. В ходе опытной эксплуатации Интернетпортала были построены «звуковые портреты» сердца с использованием фонокардиограмм, представленных на сайтах крупных медицинских центров России и США. На рисунке

Наибольший опыт клинического применения накоплен для так называемого метода акустической кардиографии (Audicor, Inovise Medical, Inc., Portland, OR) [8]. Этот метод позволяет, используя два бифункциональных датчика в положениях V₃ и V₄ и 2 электрода на конечностях, синхронно регистрировать звуки сердца и ЭКГ. Звуковая информация обрабатывается с помощью технологий перезаписи вейвлет-сигналов (используется математический подход, позволяющий анализировать частотные компоненты — «вейвлет»). Разработана также аналогичная система амбулаторного мониторинга (Audicor AM), в которой устройство и процесс сбора данных сходны с обычным холтеровским монитором. Методика акустической кардиографии позволяет выявлять низкочастотные III и IV тоны сердца, в том числе у пациентов с избыточной массой тела, а также рассчитывать некоторые показатели фазового анализа сердечного цикла, например, время электромеханической активации EMAT (систолический временно́й интервал, определяемый как время от начала комплекса QRS до максимального отклонения I тона), и % EMAT (отношение EMAT к интервалу R—R). Был проведен целый ряд исследований, в которых эти показатели сопоставлялись с данными инвазивного исследования и эхокардиографии (ЭхоКГ).

Цифровая ФКГ в сопоставлении с другими методами исследования. Новые возможности обработки и анализа данных ФКГ и развитие других диагностических методов побуждают проводить исследования, направленные на более глубокое понимание патогенеза патологических аускультативных феноменов, в частности III и IV тонов сердца.

Среди 90 пациентов, которым в плановом порядке проводили катетеризацию левых отелов сердца, у 21 (23%) с наличием III тона имелись достоверно меньшая фракция выброса (ФВ) левого желудочка (ЛЖ), большее время замедления кровотока раннего диастолического наполнения ЛЖ (DT), большее отношение скорости трансмитрального потока в фазу раннего диастолического наполнения к скорости движения митрального кольца в эту же фазу (E/е') и большее давление наполнения Л.Ж. Наиболее важными детерминантами патологического III тона являлись увеличенное DT, повышенное давление наполнения ЛЖ и нарушение податливости миокарда, выявляемое при тканевой допплерографии [9].

Наличие на фонокардиограмме IV тона при обследовании 90 больных было сопряжено с достоверным увеличением коэффициента β кривой давление—объем диастолического заполнения ЛЖ (что соответствует более крутому наклону кривой давление—объем у больных с IV тоном). Интенсивность IV тона была связана и с другими показателями диастолической жесткости ЛЖ. В процессе многофакторного анализа при учете возраста, пола и ФВ ЛЖ коэффициент β оставался достоверно связанным с наличием и интенсивностью IV тона [10].

У 25 пациентов с СН патологические значения показателя % EMAT (0,15 и больше) ассоциировались с меньшей ФВ ЛЖ, меньшей конечной систолической эластичностью, а также с более высокими индексами конечного систолического объема, конечного диастолического объема и диссинхронии [11]. У 108 пациентов, которым при плановой диагностической катетеризации сердца определяли максимальную скорость нарастания давления в ЛЖ — dP/dt, показатель EMAT при пороговых значениях 100 и 110 мс позволял с чувствительностью 5 и 42% и специфичностью 90 и 100% соответственно выявлять систолическую дисфункцию ЛЖ, определяемую при dP/dt меньше 16 мм рт.ст./с [12].

У 128 лиц без симптомов патологии сердца при амбулаторном мониторировании с функцией акустической кардиографии III тон был значительно более распространен в возрасте моложе 40 лет по сравнению с таковым в более старшей группе и более выражен во время сна в младшей группе. IV тон был значительно более распространен у лиц старше 40 лет и более выражен во время сна в старшей группе. Временны́е интервалы, отражающие систолическую функцию, характеризовались меньшими суточными изменениями и меньше зависели от возраста [13].

Цифровая ФКГ в диагностике СН. Связь показателей цифровой ФКГ, в частности III и IV тонов сердца, с показателями систолической и диастолической функции ЛЖ побудила изучать возможность их использования для диагностики СН.

Возможности акустической кардиографии в диагностике острой СН оценивались в многонациональном исследовании, включавшем 995 пациентов неотложных отделений старше 40 лет (средний возраст 63 года, 55% мужчины) [14]. Врачи неотложного отделения после сбора анамнеза и физического обследования оценивали вероятность острой СН от 0 до 100% по визуальной аналоговой шкале, а затем повторяли эту оценку после ознакомления с результатами акустической кардиографии. Эталоном считался окончательный диагноз, который определялся двумя независимыми кардиологами, не знающими результатов акустической кардиографии; при этом острая СН была диагностирована в 41,5% случаев. Для определения возможной связи III тона с неблагоприятными исходами пациенты наблюдались в течение 90 дней.

Первоначальные результаты исследования оказались не очень вдохновляющими. Чувствительность, специфичность и диагностическая точность первоначального заключения лечащего врача о возможном наличии острой СН составили 89, 58 и 71% соответственно. Акустическая кардиография проигрывала по чувствительности (40%), выигрывала по специфичности (88,5%) и в итоге обладала сопоставимой диагностической точностью (68%). В многофакторной модели III тон не добавлял независимой прогностической информации в отношении развития неблагоприятных исходов в течение 30 или 90 дней.

Однако при вторичном анализе той же базы данных [15] показано, что акустическая кардиография увеличила диагностическую точность выявления острой СН с 47 до 69% у пациентов с уровнем мозгового натрийуретического пептида (BNP) в «серой зоне» (100—499 пг/мл). Акустическая кардиография по сравнению с аускультацией также повысила чувствительность к III тону у пациентов с ожирением.

Ряд других исследований также позволяют в определенной мере «реабилитировать» акустическую кардиографию.

При анализе данных 343 пациентов неотложного отделения, имеющих симптомы острой СН, у которых с использованием системы Audicor выявляли III тон, а окончательное решение о наличии или отсутствии острой СН принималось двумя независимыми экспертами на основе данных истории болезни, система Audicor превосходила аускультацию врача по чувствительности выявления острой СН (34 и 16% соответственно), хотя уступала системе Audicor по прогностической ценности положительного результата (66 и 84%). У больных с промежуточными уровнями BNP добавление данных системы Audicor увеличивало прогностическую ценность положительного результата с 53 до 80% [16].

При обследовании 433 пациентов акустическая кардиография позволяла прогнозировать уменьшение ФВ ЛЖ при ЭхоКГ достоверно точнее, чем уровень BNP [17].

При обследовании 94 пациентов с артериальной гипертонией (АГ), 109 с СН и ФВ ЛЖ больше 50% и 89 с СН и ФВ ЛЖ меньше 50% показатель%EMAT позволял отличать группу СН с ФВ ЛЖ больше 50% от группы АГ с чувствительностью 55% и специфичностью 90%. Другой показатель акустической кардиографии — индекс систолической дисфункции (SDI) позволял различать группы СН с ФВ ЛЖ больше и меньше 50% с чувствительностью 53% и специфичностью 91%. (SDI — это комплексный показатель, который вычисляется с учетом % EMAT, интенсивности III тона, длительности комплекса QRS и интервала Q—R). Эхокардиографический показатель отношение E/e' в обоих случаях имел аналогичную диагностическую эффективность [18].

При сопоставлении данных акустической кардиографии и ЭхоКГ у 127 пациентов с ФВ ЛЖ меньше 50% SDI позволял разделять пациентов с ФВ ЛЖ меньше 35% и пациентов с ФВ ЛЖ в интервале от 35 до 50% с чувствительностью 87% и специфичностью 60%. Наличие III тона позволяло выявлять пациентов с рестрикривным типом заполнения ЛЖ с чувствительностью 81% и специфичностью 55% [19].

У 97 пациентов (71±15 лет, 81% мужчин, у 74% систолическая СН), госпитализированных по поводу острой СН, которым перед выпиской была проведена 24-часовая амбулаторная акустическая кардиография, при среднем наблюдении 389±281 день в финальной модели с корректировкой по возрасту и уровню N-концевого предшественника BNP значения EMAT в ночное время позволяли прогнозировать такие осложнения, как повторная госпитализация по поводу СН, инфаркт миокарда, инсульт или смерть [20].

При наблюдении за 474 больными СН (76±11 лет) в течение 484 дней при многофакторном регрессионном анализе после учета возраста, систолического артериального давления, уровня гемоглобина, азота мочевины в крови, альбумина, а также лечения ингибиторами ангиотензинпревращающего фермента и β-адреноблокаторами SDI и III тон были независимыми предикторами смерти от всех причин. У пациентов с СН с SDI ≥5 или наличием III тона была значительно более низкая выживаемость по сравнению с остальной группой [21].

ФКГ в оценке состояния ЛЖ при других заболеваниях. В проспективном исследовании обследованы 187 пациентов, получавших антрациклиновую химиотерапию, которым исходно, после завершения химиотерапии и после наблюдения в среднем на протяжении 3,8 года проводили ЭхоКГ и акустическую кардиографию. Исходно ни у одного из пациентов не было систолической дисфункции (ФВ ЛЖ меньше 50%). После химиотерапии систолическая дисфункция развилась у 8 (4%) больных; в 1,8% случаев возникла поздняя систолическая дисфункция. Показатель % EMAT позволял выявлять пациентов с систолической дисфункцией с чувствительностью 88% и специфичностью 84% [22].

При обследовании 166 пациентов отделения неотложной помощи с обострением хронической обструктивной болезни легких рассчитывались EMAT, LVET (время выброса ЛЖ, определяемое как интервал между пиками I и II тонов) и отношение EMAT/LVET. Диагноз дисфункции ЛЖ определялся на основе клинического обследования, данных ЭхоКГ и уровня BNP. У пациентов с дисфункцией ЛЖ определены значительно более высокие EMAT и более низкие LVET и EMAT/LVET по сравнению с остальными больными; площадь под ROC-кривой для EMAT, LVET и EMAT/LVET составляла 0,79, 0,88 и 0,90 соответственно. Исходные систолические интервалы значительно изменились во время пробы Вальсальвы у пациентов без дисфункции ЛЖ, но не менялись у пациентов с дисфункцией ЛЖ [23].

При ретроспективной оценке данных 53 больных с гипертрофической кардиомиопатией без симптомов СН, которым проводили ФКГ и магнитно-резонансную томографию с отсроченным контрастированием, у пациентов с III тоном (13%) по сравнению с пациентами без III тона отмечены более высокая частота выявления очагов накопления контрастного препарата и больший объем контрастированной ткани. Определение III тона для выявления очагов накопления контрастного препарата характеризовалось высокой специфичностью (97%), но низкой чувствительностью (29%) [24].

Цифровая ФКГ и пороки сердца. Диагностика пороков сердца на протяжении многих лет являлась одной из главных областей применения обычной ФКГ. Как ни странно, работ, использующих современную цифровую ФКГ в этой области, мало.

У 27 пациентов, обследованных до и после чрескожной трансвенозной митральной комиссуротомии, изменение интервала Q—I тон коррелировало с изменением площади митрального клапана, систолического давления в правом желудочке и градиента давления на митральном клапане [25].

У 50 пациентов с аортальным стенозом различной степени тяжести, установленной на основании комплексного эхокардиографического обследования, цифровые фонокардиограммы регистрировались с помощью электронного стетоскопа, обрабатывались с применением оригинального алгоритма и использовались искусственной нейронной сетью для оценки степени тяжести аортального стеноза. Воспроизводимость ФКГ составляла 93%. При оценке степени тяжести стеноза идеальное совпадение между результатами ФКГ и ЭхоКГ обнаружено в 45 (90%) случаях, у 5 (10%) пациентов оценка отклонялась на одну степень [26].

Были предприняты попытки использовать ФКГ для оценки in vitro тромботических отложений на пяти коммерчески доступных двустворчатых механических клапанах сердца [27, 28]. Звуки закрытия клапанов регистрировали в широком диапазоне частот. Соответствующие спектры мощности анализировались искусственной нейронной сетью, обученной классифицировать наличие имитируемых тромботических образований различной массы и формы. Были определены четыре диагностические полосы частот, сравнение которых позволяло обнаружить клапаны с наличием тромботических образований.

Цифровая ФКГ и легочная гипертензия. Данные акустической кардиографии оценены у 40 пациентов с легочной артериальной гипертензией (ЛАГ) в сопоставлении с данными катетеризации правых отделов сердца и ЭхоКГ [29]. Анализировали интенсивность (амплитуду) тонов сердца, а также сложность тонов, которая определялась с использованием частотно-временны́х измерений ширины, интенсивности и частотного содержания сигнала и на основе спектрального анализа выражалась как безразмерный индекс. Группу контроля составили 130 лиц без клинических или гемодинамических признаков ЛАГ. По сравнению с группой контроля акустические профили пациентов с ЛАГ характеризовались увеличением сложности II тона, отношения сложность II тона/сложность I тона и отношения интенсивность II тона/интенсивность I тона. При многофакторном анализе среднее давление в легочной артерии было единственным независимым предиктором сложности II тона. Увеличение правого желудочка и наличие систолической дисфункции увеличивали сложность II тона и уменьшали сложность I тона. Снижение сложности I тона было также связано с уменьшением полости ЛЖ.

Были проанализированы цифровые фонокардиограммы у 22 детей, которым проводилась катетеризация правых отделов сердца: 11 — с ЛАГ и 11 — без ЛАГ. Отношение интенсивности пульмонального и аортального компонентов II тона и отношение интенсивности пульмонального компонента к общей амплитуде II тона достоверно различались между детьми с ЛАГ и без ЛАГ. Были выявлены корреляции между указанными отношениями интенсивности и средним давлением в легочной артерии [30].

При анализе цифровых фонокардиограмм 27 детей (13 без ЛАГ и 14 с ЛАГ) было выявлено, что по сравнению с лицами с нормальным давлением в легочной артерии у пациентов с ЛАГ тоны сердца, записанные во втором межреберье слева, содержат значительно меньшую относительную мощность в полосе 21—22 Гц [31].

Цифровая ФКГ и ишемическая болезнь сердца (ИБС). Одним из подходов к улучшению диагностики ИБС с помощью цифровой ФКГ было использование с этой целью III и IV тонов сердца.

Проведено проспективное сравнительное исследование с участием 19 больных с ишемией, вызванной чрескожным коронарным вмешательством, и 18 лиц без поражения коронарных артерий (КА) или ишемических изменений на ЭКГ. III и IV тоны регистрировались с помощью акустической кардиографии. IV тон обладал большей чувствительностью (74%) при обнаружении ишемии, чем III тон (47%) или стандартные электрокардиографические критерии ST—T (53%). С использованием логистической регрессии показано независимое от критериев ST—T значение как IV тона, так и III тона для выявления ишемии миокарда. Добавление наличия III или IV тона к критериям ST—T способствовало более точному обнаружению ишемии миокарда на 32% [32].

В последнее время наметился еще один подход к звуковой диагностике ИБС. Атеросклеротическое поражение КА вызывает нарушение нормального ламинарного течения и создает турбулентность потока. Характерные акустические волны, генерируемые турбулентностью коронарного кровотока, могут служить новой диагностической мишенью. В настоящее время охарактеризованы частотный диапазон и время регистрации микрошумов, связанных со стенозирующим поражением К.А. Технологические достижения в области датчиков, фильтрации данных и аналитических возможностей могут позволить использовать внутрикоронарную турбулентность кровотока для диагностики и стратификации риска у больных. В настоящее время ряд подобных систем проходят клинические испытания в сопоставлении с компьютерной томографией и инвазивной ангиографией [33].

Проспективно проанализированы данные 156 пациентов, проходящих коронарографию. Частота ангиографически значимых стенозов (больше 50%) составляла 52%. Чувствительность и специфичность акустического обнаружения стеноза больше 50% в любом сосуде составляли 70 и 80% соответственно (прогностическое значение отрицательного результата 71%, прогностическое значение положительного результата 79%). Стенозы больше 50% в крупных сосудах (ствол левой КА, проксимальный и средний сегменты передней нисходящей, огибающей, правой КА) встречались в 46% случаев; чувствительность и специфичность их акустического обнаружения составляли 72 и 76% соответственно (прогностическое значение отрицательного результата 76%, прогностическое значение положительного результата 72%) [34].

Цифровая ФКГ и скрининг сердечно-сосудистых заболеваний. Разработчики цифровых фонокардиографических телемедицинских систем неоднократно подчеркивают возможность их использования в целях проведения скрининга сердечно-сосудистых заболеваний. Однако в доступной литературе нам встретились результаты всего нескольких работ, которые можно рассматривать как пилотные проекты.

Два независимых детских кардиолога вслепую оценивали 83 цифровые фонокардиограммы, зарегистрированных у обследованных в амбулаторных условиях детях с заболеваниями сердца [35]. Каждый исследователь должен был документировать наличие и характеристики шумов (интенсивность, качество, место регистрации), наличие дополнительных патологических аускультативных феноменов (систолический щелчок, расщепление II тона) и рекомендации по проведению ЭхоКГ. С помощью ФКГ были правильно идентифицированы 23 (96%) из 24 случаев с выраженной патологией сердца и 12—13 (63—68%) из 19 случаев с незначительными поражениями сердца. Кроме того, 37—38 (93—95%) из 40 случаев без признаков патологии сердца при ЭхоКГ были правильно истолкованы как функциональные шумы. Уровень согласия между двумя исследователями был существенным в отношении как их рекомендаций для проведения ЭхоКГ, так и выявления патологических шумов.

На Тайване была проведена двухуровневая программа скрининга заболеваний сердца среди учеников начальной школы. Первый уровень включал анкетирование, ФКГ и электрокардиографию [36]. Второй уровень включал обследование детским кардиологом всех детей, у которых на первом уровне были выявлены отклонения от нормы. Контрольная группа включала детей, у которых результаты скрининга первого уровня были в пределах нормы. Дети с патологией, выявленной на скрининге второго уровня, были направлены для детального обследования.

Из 25 816 детей, проходящих программу скрининга первого уровня, положительные результаты были получены у 5330, из которых 5235 прошли скрининг второго уровня, а также 1104 детей в контрольной группе. Детский кардиолог направил на углубленное обследование 780 детей, в том числе 18 из контрольной группы и 114 пациентов с установленным ранее диагнозом болезни сердца. В общей сложности 292 ребенка, в том числе 2 в контрольной группе, имели признаки заболеваний сердца, которые ранее не подозревались в 178 (61%) случаях. Исключая детей с предыдущим диагнозом заболеваний сердца, чувствительность программы скрининга составила 83%, специфичность и прогностическая ценность положительного результата составили соответственно 98 и 29%.

Система сбора, передачи и дистанционной интерпретации данных аускультации сердца была разработана и испытана в сельских районах Китая [37]. Предполагалось, что использование цифрового стетоскопа и облачной передачи данных позволит сельским врачам с небольшим опытом работы проводить приемлемый скрининг для выявления врожденных пороков сердца. Из 7993 детей, прошедших скрининг, у 149 при аускультации был выявлен шум. Дети были направлены на ЭхоКГ, а их цифровые фонокардиограммы, хранящиеся на облачном сервере, были проверены сертифицированным американским детским кардиологом. У 14 из этих детей при ЭхоКГ было подтверждено наличие врожденного порока сердца. Используя систему телеаускультации, детский кардиолог правильно определил 11 из 14 пациентов с патологическими шумами и пропустил 3 пациентов с дефектами межпредсердной перегородки. Кроме того, у 10 детей шумы были расценены как патологические, тогда как при ЭхоКГ патологии выявлено не было. Общая точность теста составила 91% с чувствительностью 79% и специфичностью 93%. Подчеркивается, что это исследование является первым шагом для разработки рентабельной стратегии скрининга в условиях низкого уровня ресурсов с нехваткой квалифицированных медицинских специалистов.