title: Lung sound analysis in patients with congestive heart failure - A pilot study to detect crackles by electronic auscultation
title: Lungengeräuschanalyse bei herzinsuffizienten Patienten - Eine Pilotstudie zur Detektion von Rasselgeräuschen mittels elektronischer Auskultation
Creators: name: Decker, Philip
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Lungengeräuschanalyse , Herzinsuffizienz
congestive heart failure
Medizin, Gesundheit
elektronische Auskultation , Herzinsuffizienz
Rasselgeräusche
crackles
lung sound analysis
Lungengeräuschanalyse
computerized respiratory sound analysis

description: Einleitung: Die klassische
      Auskultation des Thorax ist eine wichtige, nicht-invasive und
      leicht durchführbare Methode, die unmittelbare und manchmal
      lebensrettende Informationen über Struktur und Funktion von
      Herz und Lunge liefert. Moderne Methoden der Biosignalanalyse
      machen es heute darüber hinaus möglich, weit mehr
      Informationen aus den auskultierten Geräuschphänomenen zu
      gewinnen, als es das einfache Abhören mit dem Stethoskop
      erlaubt. Verbindliche Standards bezüglich der technischen
      Anforderungen an ein Aufnahmesystem zur computergestützten,
      elektronischen Auskultation existieren erst seit einigen
      Jahren. Seither konnten verschiedene Arbeitsgruppen
      Analysesysteme entwickeln, die unterschiedliche Methoden der
      Signalanalyse vereinen und damit eine umfassende Beurteilung
      der verschiedenen Atem- und Nebengeräusche ermöglichen.
      Obwohl es im Rahmen dieser Bemühungen verschiedene
      methodische Ansätze gegeben hat, existiert auf dem
      medizintechnischen Markt gegenwärtig kein technisches System
      zur automatischen Detektion von Rasselgeräuschen. Methodik:
      Im Rahmen der vorliegenden Pilotstudie wird eine Methode zur
      Detektion von Rasselgeräuschen mittels computergestützter,
      elektronischer Auskultation vorgestellt. Bei dem verwendeten
      Aufnahmesystem handelt es sich um einen in Marburg speziell
      für die Analyse von Lungengeräuschen entwickelten Prototypen.
      Dieser entspricht dem CORSA-Standard und wurde in
      vorangegangenen Untersuchungen hauptsächlich zur Erkennung
      von Wheezing eingesetzt. Ergebnisse: In einem
      Methodenvergleich zwischen klassischer und elektronischer
      Auskultation belegen die präsentierten Ergebnisse, dass das
      bestehende System in der Lage ist, Rasselgeräusche mit einer
      Sensitivität von 100 % (95 %-KI 85 % - 100 %) und einer
      Spezifität von 88 % (95 %-KI 47 % - 100 %) zu detektieren.
      Über die durchgeführten Untersuchungen konnten weiterhin
      Referenzdaten von 30 herzinsuffizienten Patienten und 20
      gesunden Probanden generiert werden, anhand derer in
      interdisziplinärer Zusammenarbeit mit Medizintechnikern der
      Technischen Hochschule Mittelhessen ein funktionstüchtiger
      Algorithmus zur automatischen Detektion von Rasselgeräuschen
      entwickelt werden soll. Diskussion: Langfristig ist die
      Evaluierung und Validierung des Algorithmus in einer
      diagnostischen klinischen Studie anzustreben. Parallel dazu
      muss die Aufnahmemethode weiter optimiert werden.
      Empfehlungen bezüglich Signalgewinnung, analoger
      Signalaufbereitung und Digitalisierung sowie der
      Weiterverarbeitung der gewonnenen Signale werden in der
      vorliegenden Arbeit herausgearbeitet und bieten zum Teil
      ebenfalls Anreize für technische Weiterentwicklungen: So
      müssen Schallaufnehmer erprobt werden, die für Messungen im
      Liegen und somit auch für Langzeitregistrierungen geeignet
      sind. Außerdem wurde in der vorliegenden Studie nur das
      generelle Vorhandensein von Rasselgeräuschen bewertet. Die
      zeitliche Auflösung einzelner Rasselkomponenten wie auch
      deren exakte Quantifizierung und eine differenzierte Analyse
      der spektralen Eigenschaften detektierter Rasselereignisse
      ist aus diagnostischer Sicht jedoch notwendig. Weitere
      Studien müssen klären, welche Verfahren hier geeignet sind.
      Sollte sich in Folgeuntersuchungen bestätigen, dass die
      analysierten Lungengeräusche mit dem Schweregrad oder dem
      Auftreten einer Herzinsuffizienz korrelieren, so könnte in
      Zukunft auch die Lungengeräuschanalyse - neben bereits
      etablierten Methoden - als nicht-invasives Instrument bei
      Diagnose und Verlauf einer Herzinsuffizienz einsetzbar sein.
      Zusätzlich zu den beschriebenen Anwendungsbereichen liegt ein
      möglicher Nutzen dabei in der Überwachung von
      Intensivpatienten sowie in der Abklärung unklarer nächtlicher
      Dyspnoe-Zustände. Im Gegensatz zur klassischen Auskultation
      bietet die computergestützte, elektronische Auskultation die
      Möglichkeit einer objektiven, reproduzierbaren, qualitativen
      und quantitativen Analyse detektierter Signale.
description: Introduction: Classic chest
      auscultation is an important, non-invasive and easy to use
      bedside technique. It provides immediate and sometimes even
      life-saving information about the structure and function of
      chest organs including the heart and lungs. Compared to a
      normal auscultation, current methods of biosignal analysis
      offer much more information regarding the detected sounds.
      Recently, recommended standards regarding terms and
      techniques for computerized respiratory sound analysis have
      been published. Since then, different working groups have
      developed procedures to analyze lung sounds which unite
      varying methods of modern signal analysis and allow a
      comprehensive evaluation of different breath and adventitious
      sounds. Although different methodological approaches have
      been published, there is still no system commercially
      available on the medical engineering market for the automatic
      detection of crackles. Methodology: In this pilot study, a
      computer-assisted method of electronic auscultation for the
      detection of crackles is presented. The recording system used
      in this work is a prototype that has been developed in
      Marburg. It has been especially designed for the analysis of
      lung sounds and meets the CORSA standard. In previous
      studies, the system has been mainly used for the detection of
      wheezing. Results: Compared to classic auscultation, the
      electronic approach revealed a sensitivity of 100 % (95 %-CI
      85 % - 100 %) and a specificity of 88 % (95 %-CI 47 % - 100
      %) regarding the ability to detect crackles. Additionally,
      reference data of 30 patients with congestive heart failure
      and 20 healthy subjects was generated. This data will be used
      to create a functional algorithm for the automatic detection
      of crackles through interdisciplinary collaborative work with
      biomedical engineers at the University of Applied Sciences in
      Gießen. Discussion: In the long-term, a diagnostic clinical
      trial should be carried out on a larger cohort to evaluate
      and validate the algorithm. In parallel, the recording system
      should undergo further enhancement. In this study,
      recommendations regarding capturing, preprocessing and
      digitization, as well as the further processing of the
      captured signals, are presented. They offer some incentives
      for further technical developments. There is a demand for
      suitable sensors that allow long-term recordings in a supine
      position. The present trial only dealt with the general
      detection of crackles. From a diagnostic point of view, the
      temporal resolution of single crackle-events as well as their
      exact quantification and a differentiated analysis of their
      spectral characteristics would be interesting. Further
      investigations need to be undertaken to clarify which
      procedures are suitable here. If further studies confirm,
      that lung sounds allow the diagnosis of congestive heart
      failure, it will be possible to use respiratory sound
      analysis as an additional, non-invasive diagnostic
      instrument. In addition to the areas of application
      described, the technique could be used for the monitoring of
      critically ill patients and the etiological clarification of
      paroxysmal nocturnal dyspnoea. Compared to classic
      auscultation techniques, computer-assisted, electronic
      respiratory sound analysis offers objective, reproducible,
      qualitative and quantitative analysis of sound
      signals.