Аускультація грудної клітки — традиції та очікування: виклики й перспективи ери розумних стетоскопів

Коротко:

• Стетоскопи зі штучним інтелектом можуть класифікувати серцеві та легеневі звуки з точністю, співставною з точністю пересічного лікаря або вищою за неї.
• Використання ШІ може послабити навички аускультації, але також здатне допомагати їх розвивати, якщо лікарі порівнюють висновки алгоритму із власним клінічним сприйняттям.
• Традиційний стетоскоп, імовірно, залишатиметься основним інструментом аускультації грудної клітки, тоді як розумні стетоскопи будуть корисними для навчання та досліджень.

Стетоскопи з цифровими технологіями та підтримкою штучного інтелекту можуть класифікувати серцеві й легеневі звуки з точністю, співставною з точністю пересічного лікаря або навіть вищою за неї, і допомагати лікарю в діагностичному процесі. У цьому есе ми обговорюємо переваги й недоліки нової технології. Чи постраждає майстерність аускультації, яка приносить багатьом користувачам стетоскопів радість і професійну гордість, якщо інтерпретацію звуків грудної клітки перебере на себе ШІ? І як рекомендації ШІ в діагностичному процесі вплинуть на ухвалення рішень та взаємини між пацієнтом і лікарем? Тенденції до втрати навичок аускультації можна протидіяти, якщо використовувати інтерпретацію за допомогою ШІ як інструмент для рефлексії: порівнювати результат роботи машини з клінічним сприйняттям, щоб підвищувати точність діагностичних суджень. Така співпраця людей і ШІ буде важливою для збереження довіри до алгоритмів ШІ. Нам і далі потрібні дослідження серцевих і легеневих звуків, щоб детально зрозуміти клінічне значення різних характеристик звуків. Розумний стетоскоп буде корисним для таких досліджень. Глибші знання принесуть користь не лише розробленню алгоритмів, а й клініцистам, які користуються традиційними стетоскопами. У передбачуваному майбутньому традиційний стетоскоп, імовірно, залишатиметься основним інструментом для аускультації грудної клітки. Розумні стетоскопи можуть стати корисними засобами навчання для своїх користувачів.

Вступ

35-річна жінка звернулася до сімейного лікаря через кашель і задишку, які тривали кілька днів. Вона чула хрипи у грудях і записала ці звуки на мобільний телефон. Сімейний лікар, який раніше ніколи не стикався з пацієнтом, що приносить записи звуків власного тіла, розпізнав їх як типові для астми. За допомогою традиційного стетоскопа він почув проблеми з її диханням: експіраторні хрипи були чітко чутні. Нічого несподіваного, але для лікаря це стало корисним підтвердженням.

Цей випадок показує, як сьогодні сімейні лікарі зазвичай використовують аускультацію грудної клітки, щоб отримати безпосередніше уявлення про стан кардіореспіраторної системи пацієнта. Він також ілюструє зміни, яких ми тепер можемо очікувати в аускультації грудної клітки. Нові електронні стетоскопи можуть записувати звуки грудної клітки [1], а вбудовані алгоритми — надійніше за пересічного лікаря класифікувати серцеві та легеневі звуки [2–5]. Інтерпретація звуків за допомогою штучного інтелекту (ШІ) може допомагати лікарю в діагностичному процесі [1]. Такі цифрові стетоскопи з підтримкою ШІ, які також називають «розумними стетоскопами», можуть бути корисними в медичній освіті. Необхідність поліпшення викладання клінічних навичок широко визнана [6]. У клініці звуки грудної клітки можна записувати й відтворювати, а характеристики звуків — демонструвати. Учні отримуватимуть швидкий зворотний зв’язок щодо власних інтерпретацій.

35-річна жінка з можливою астмою також показує, як пацієнти активніше долучаються до діагностики своєї хвороби. Пацієнти показують лікарю фотографії висипів, а також те, що пише інтернет про їхні симптоми. Розумні стетоскопи стануть одним із кількох інструментів, які допомагатимуть неспеціалістам самостійно дбати про своє здоров’я.

У цьому есе ми обговорюємо переваги й недоліки нової технології. Серед авторів — один почесний професор загальної практики (HM) і один почесний професор педіатрії (HP), обидва мають досвід досліджень звуків грудної клітки, а також колишній професор загальної практики (CER), чия наукова діяльність зосереджувалася на взаєминах лікаря й пацієнта. Ми ставимо питання, чи постраждає майстерність аускультації, яка приносить багатьом користувачам стетоскопів радість і професійну гордість, коли інтерпретацію звуків грудної клітки перебере на себе ШІ, і як рекомендації ШІ в діагностичному процесі вплинуть на ухвалення рішень та взаємини між пацієнтом і лікарем.

Матеріали та методи

Ми подаємо окремі елементи історії аускультації грудної клітки та досліджень її діагностичної користі. Щодо впливу розумного стетоскопа ми також посилаємося на лідерів думок у цій галузі. Стаття ґрунтується на наших власних дослідженнях і пошуку літератури в PubMed, а також на допомозі штучного інтелекту Claude Sonnet 4.6 (Anthropic, доступ через claude.ai).

Злет і занепад стетоскопа

Традиційний стетоскоп, якому понад 200 років, і досі використовують лікарі, медсестри та парамедики в усьому світі. У перші роки швидкому поширенню й успіху цього інструмента сприяли дослідження, проведені його винахідником. Французький лікар Рене Теофіль Гіацинт Лаеннек (RTH Laennec) зіставляв звуки, почуті в грудній клітці пацієнтів, із конкретними патологічними змінами, виявленими під час розтину [7]. У разі підозри на захворювання серця або легень це давало змогу встановити точніший діагноз і призначити лікування на надійнішій емпіричній основі. У взаємодії лікаря з пацієнтом утвердився новий порядок: щоразу, коли пацієнт скаржився на симптоми з боку грудної клітки — кашель, задишку чи серцебиття, — її аускультація ставала обов’язковою. Можливість виявляти такі захворювання, як клапанні вади серця й обструктивні хвороби легень, вислуховуючи грудну клітку в людей, які здавалися здоровими, також відкрила шлях до включення аускультації в регулярні медичні огляди.

Після винайдення стетоскопа настав тривалий період, коли аускультація грудної клітки була основним методом діагностики її захворювань. Тяжкі хвороби грудної клітки були поширеними серед людей різного віку, а пневмонія й туберкульоз легень, які виявляли за аномальними (додатковими) легеневими звуками, були провідними причинами смерті. Ревматична гарячка після стрептококової інфекції спричиняла клапанні вади серця, які можна було виявити за характерними шумами [8]. Поширеність цих хвороб у західному світі зменшилася, а в лікарнях і закладах вторинної медичної допомоги аускультацію замінила візуалізація грудної клітки на основі рентгенологічних та ультразвукових технологій. Ми спостерігали зниження навичок аускультації серед студентів-медиків і лікарів стаціонарів [9], а клініцисти рекомендували замінити традиційний стетоскоп сучасною візуалізацією [10]. Однак у міру падіння престижу стетоскопа розвиток акустики сприяв новому інтересу до звуків грудної клітки. Акустичний аналіз записаних легеневих звуків дав змогу краще зрозуміти, як виникають аномальні звуки [11], а електронні та цифрові версії старого інструмента з поліпшеними акустичними властивостями вийшли на ринок. В останнє десятиліття кількість наукових публікацій про звуки грудної клітки різко зросла завдяки впровадженню машинного навчання (рисунок 1). Комп’ютери навчилися виявляти й інтерпретувати аномальні звуки грудної клітки. Стетоскопи з підтримкою ШІ стали реальністю. Клініцистам можна повідомити, які звуки вони чують і які діагностичні наслідки це може мати. Отже, стетоскоп, можливо, входить у нову еру клінічної значущості.

Поширеність аномальних звуків грудної клітки

Перш ніж далі обговорювати вплив розумного стетоскопа, потрібно розглянути, що ми знаємо про діагностичну користь традиційного стетоскопа. На звуки, що виникають у легенях, впливають глибина та швидкість дихання. Нормальний дихальний шум чути над здоровою легенею, а в разі його ослаблення можна запідозрити емфізему, пневмонію або наявність повітря чи рідини в плевральній порожнині [11]. Аномальні легеневі звуки виникають, коли порушується рух повітря в бронхіальному дереві. Свистячі хрипи та гудливі хрипи виникають, коли повітря проходить через звужені бронхи, тоді як крепітація з’являється, коли закриті дихальні шляхи раптово відкриваються [11]. Свистячі хрипи та гудливі хрипи зазвичай вислуховують у разі гострого бронхіту, астми й хронічного обструктивного захворювання легень (ХОЗЛ), а також нерідко в людей без симптомів, які курять [11]. У дітей свистячі хрипи можуть указувати на астму, тоді як схожий на хропіння звук, що виникає через рух повітря крізь секрет, особливо часто спостерігають у дітей раннього віку з підвищеною бронхіальною секрецією («слизові легені») [12]. Свистячі хрипи виявили у 18% учасників Tromsø 7 — великого популяційного дослідження здоров’я дорослих віком від 40 до 99 років, тоді як крепітацію — у 13% [13]. Учасники віком 70 років і старше мали крепітацію в чотири рази частіше, ніж учасники віком 40–49 років: відповідно 20% і 5% [13]. Крепітація в легенях також може бути пов’язана із захворюваннями серця, коли серцева недостатність спричиняє застій у легенях [14]. У разі хронічної серцевої недостатності крепітація часто відсутня, а для діагностики кориснішими є біомаркери, що відображають навантаження на серце, зокрема натрійуретичні пептиди [15]. Аускультація серця дає додаткову інформацію про серцевий ритм і наявність шумів. Серцеві шуми здебільшого спричинені турбулентним потоком крові через клапан серця, що іноді пов’язано з тяжкою клапанною вадою серця (КВС) і серцевою недостатністю [16].

Під час інтерпретації аномального результату аускультації важливо враховувати, як часто він трапляється в людей із відповідними захворюваннями та без них. Для ілюстрації розгляньмо зв’язок між крепітацією та пневмонією. Крепітацію вважали типовою ознакою пневмонії та підставою для призначення антибіотиків пацієнтам із кашлем [17,18]. У дослідженні ван Вугта та співавторів серед 2820 пацієнтів первинної медичної допомоги з гострим кашлем крепітацію виявили у 59% зі 140 учасників із пневмонією, підтвердженою рентгенографією, і у 7% із 2670 учасників без пневмонії [19]. В інших дослідженнях повідомляли про нижчу частоту (чутливість) крепітації при пневмонії; Дір та співавтори виявили чутливість лише 19% [20]. У дослідженні госпіталізованих пацієнтів із пневмонією, підтвердженою рентгенографією, повторна аускультація виявила крепітацію у 50%, але в половині цих випадків крепітацію чули над ділянками легень, де на рентгенограмі не було інфільтрату [21]. Не дивно, що лікарі первинної медичної допомоги закликали до тестів, здатних виявляти пневмонію з вищою чутливістю та специфічністю, наприклад до визначення маркерів запалення [19].

Велику варіабельність виявлення крепітації у пацієнтів із пневмонією частково можна пояснити відмінностями перебігу хвороби. Глибина й частота дихання пацієнта під час аускультації також впливають на утворення звуків і здатність слухача відрізнити крепітацію від нормальних дихальних шумів [22]. Третьою причиною є відмінності в інтерпретації почутого слухачами. Міжспостерігачова варіабельність часто значна, коли медичні працівники оцінюють ті самі записи легеневих звуків [23]. Неповна стандартизація термінології легеневих звуків у різних мовах посилює непорозуміння [24]. Ця варіабельність послаблює зв’язок між крепітацією та пневмонією, вимірюваний у клінічних дослідженнях. На зв’язок також впливає фонова поширеність крепітації у пацієнтів без пневмонії. З віком зростає ймовірність, що крепітація зумовлена іншими станами [13]. У клініці часто складно відрізнити пневмонію від гострого загострення ХОЗЛ, особливо тому, що під час загострень ХОЗЛ крепітація стає частішою [25]. Однак крепітація не є однорідною, і навчені фахівці з аускультації часто можуть відрізнити типову грубу крепітацію на ранньому вдиху при ХОЗЛ від дрібної крепітації наприкінці вдиху при пневмонії [26,27].

Серцеві шуми зазвичай вислуховують у пацієнтів із клапанними вадами серця — захворюваннями, які частіше трапляються в старіючому населенні. Хоча більшість випадків значущого аортального стенозу супроводжується шумом, який можна виявити, інші клапанні вади серця може бути важко виявити за допомогою стетоскопа [28]. Шуми також часто вислуховують, коли КВС немає, — це так звані невинні шуми [28]. Виявлення серцевого шуму в первинній медичній допомозі часто призводить до направлення до кардіолога для ехокардіографії — ресурсоємного обстеження, яке нерідко завершується висновком, що шум є невинним і не пов’язаний зі значущою КВС. Невинні шуми особливо часто трапляються у дітей дошкільного віку [29]. Кількість направлень дітей до кардіологів зростає, і в одному центрі частка випадків виявлення невинних шумів збільшилася з 60% до 84% у період між 2007 і 2013 роками [30]. Низька надійність шумів як клінічної ознаки також може бути проблемою, але порівняно з аномальними легеневими звуками серцеві шуми стабільніші в часі, хоча й залежать від навантаження на серце під час активності. Між спостерігачами, які оцінюють ті самі серцеві звуки, існують відмінності, але вони менші, ніж у разі легеневих звуків, і, здається, менш виражені серед досвідчених слухачів [31].

Чи може стетоскоп стати кращим діагностичним інструментом, якщо він стане «розумним»?

Технологія машинного навчання дає комп’ютерам змогу виявляти аномальні звуки грудної клітки на основі експертних анотацій [1]. Також можна визначати фізичні властивості звуків — частоту, амплітуду й час появи протягом дихального або серцевого циклу; ці деталі може бути важко розпізнати за допомогою традиційного стетоскопа. Завдяки «глибокому навчанню» машини можуть порівнювати записані звуки грудної клітки з різними клінічними кінцевими точками, зокрема конкретними захворюваннями та їхньою тяжкістю [32]. Щоб такі алгоритми були надійними, їх потрібно навчати на тисячах звукових файлів здорових людей і пацієнтів із захворюваннями грудної клітки. Результат роботи алгоритмів ґрунтується на показниках імовірності. Хоча алгоритми можуть помилятися, доведено, що вони роблять менше помилок, ніж більшість клініцистів. У дослідженні Прінса та його колег алгоритм виявляв структурне захворювання серця з чутливістю 88%, тоді як середній показник виявлення серед клініцистів становив 77%. Алгоритм виявив усі випадки аортального стенозу, але часто встановлював надмірну кількість діагнозів: специфічність становила 74% [3]. Перспективними також виявилися повідомлення про алгоритми для патологічних шумів у дітей [30,33]. Алгоритми, що ідентифікують ознаки крепітації, показали високу точність у виявленні інтерстиціальної хвороби легень, зокрема ідіопатичного легеневого фіброзу [34]. Розумний стетоскоп також може допомагати медичним працівникам, які спостерігають за пацієнтами з уже встановленим діагнозом. Батьки дітей з астмою записують легеневі звуки, передають записи лікарю або використовують підтримку ШІ, щоб допомагати контролювати стан дитини [35,36].

Розумні стетоскопи не реєструють глибину дихання пацієнта і не визначають, чи впливає психологічний стрес на серцебиття. Для підвищення діагностичної цінності аускультації клініцисти й надалі залежатимуть від додаткових даних анамнезу та біомаркерів. Серцеві й легеневі звуки зазвичай є лише невеликими частинами діагностичної головоломки. Багато практичних труднощів, пов’язаних із традиційним стетоскопом, не зникнуть із появою розумного. Головку стетоскопа потрібно правильно розташовувати, а інструкції пацієнту щодо дихання мають бути відповідними. Навколишній шум і надалі заважатиме: аускультацію часто проводять у завантаженому середовищі, а тертя стетоскопа об шкіру пацієнта може відволікати. Люди вміють вибірково слухати в шумному середовищі, наприклад зосереджуватися на конкретній розмові, коли в кімнаті говорять інші люди; це називають «ефектом коктейльної вечірки» [37]. Така здатність корисна, коли під час аускультації потрібно відфільтрувати навколишній шум. Чи зможуть розумні стетоскопи навчитися робити це так само добре?

Безперечно, розумний стетоскоп стане ефективнішим діагностичним інструментом, ніж традиційний. Однак, з огляду на обмежену цінність аускультації для діагностики більшості захворювань грудної клітки, можна поставити під сумнів її користь під час обстеження людей без симптомів. Вислуховування серцевого шуму для виявлення вродженої вади серця у новонароджених [29] і можливого аортального стенозу в літніх людей є відповідними скринінговими процедурами, які за допомогою розумних стетоскопів можна було б проводити ефективніше [28]. Одне велике дослідження в первинній медичній допомозі виявило дещо вищу частоту клапанних вад серця серед сімейних лікарів, які використовували розумний стетоскоп, порівняно з контрольною групою сімейних лікарів [38].

Чи можуть розумні стетоскопи призвести до зниження навичок аускультації?

Хоча зниження результативності аускультації легень [39] і серця [40] почалося ще до ери розумних стетоскопів, тепер існує ризик, що через довіру до цієї нової технології, яка швидко вдосконалюється, навички аускультації взагалі не набуватимуться. Якщо не буде освітнього компонента, тобто циклу зворотного зв’язку за принципом «машини як учителі» [32], клініцисти ризикують втратити здатність до сприйняття й не сформувати необхідну експертність у розпізнаванні образів [41]. Принцип «використовуй або втратиш» може виявитися застосовним і тут [41]. Ризик «декваліфікації» під впливом ШІ може посилитися, якщо установи вимагатимуть використовувати «об’єктивні» дані розумних стетоскопів у лікарнях і клініках. Втрата навичок через залежність від інтерпретацій ШІ вважається проблемою в кількох галузях медицини [41], а аускультація може бути особливо вразливою через залежність від навичок сприйняття. Водночас підвищення кваліфікації також можливе, коли клініцист, який уже володіє навичками аускультації, використовує інтерпретацію за допомогою ШІ як інструмент для рефлексії, порівнюючи результат роботи машини з клінічним сприйняттям, щоб підвищити точність діагностичних суджень. Така концепція співпраці людей і ШІ привертає значну увагу, зокрема у зв’язку зі збереженням надійності алгоритмів ШІ [42]. Необхідність збереження людини «в контурі управління» також визнають розробники методів ШІ в медицині [43]. Побоювання й перспективи, які, на нашу думку, пов’язані з розумними стетоскопами, показано в таблиці 1.

Переваги старого стетоскопа

На світовому ринку стетоскопів неелектронні версії досі становлять більшість (рисунок 2). Запровадження розумних стетоскопів може спричинити зростання витрат, особливо якщо вони бездротово підключені до електронних медичних записів. Традиційний або простий електронний стетоскоп потрібен, коли немає підключення до інтернету. У деяких клінічних ситуаціях традиційний стетоскоп може бути функціональнішим. Аускультацію часто проводять як швидку перевірку, щоб переконатися, що серце й легені звучать нормально, коли ризик тяжкого захворювання низький і залишається низьким навіть за позитивного результату. Скільки часу й уваги слід приділяти аускультації грудної клітки в таких ситуаціях? Порівняння власних нормальних результатів із висновками розумного стетоскопа може непокоїти й бути марною тратою часу. У шумній невідкладній ситуації, коли лікареві потрібно терміново з’ясувати, чому пацієнт має сильну задишку, аускультації традиційним стетоскопом після перкусії легень зазвичай достатньо, щоб підтвердити спонтанний пневмоторакс, тяжкий напад астми або набряк легень. Крім того, клініцисти цінують свої традиційні стетоскопи й пишаються професійною здатністю виявляти ознаки хвороб за допомогою аускультації. Якщо потрібно зміцнювати майстерність клініциста в аускультації грудної клітки, цей інтерес до вислуховування й інтерпретації серцевих та легеневих звуків слід підтримувати регулярною практикою.

Аускультація грудної клітки та взаємини лікаря й пацієнта

Під час аускультації лікар намагається дізнатися більше про стан пацієнта, а пацієнт уважно прислухається до будь-якого коментаря лікаря щодо почутого. Дотик, навіть технічним пристроєм у руках лікаря, який проводить обстеження, може сприяти комунікації між лікарем і пацієнтом [44]. Якщо технологічні вдосконалення стетоскопа безпосередньо допомагають чути й розуміти, технологія є найкращим другом лікаря. Менше уваги потрібно приділяти визначенню того, що саме було почуто, і більше можна зосередити на клінічному значенні результатів та взаємодії з пацієнтом. Коли стетоскоп стає справді інтелектуальним і пропонує подальші діагностичні кроки, конкретні діагнози й навіть лікування, він перестає бути продовженням особистої компетентності лікаря й фактично стає третьою стороною консультації, змінюючи її динаміку. Клінічне мислення, під час якого симптоми, клінічні результати й початкові гіпотези лікаря зіставляються з пропозиціями ШІ, відбувається просто перед пацієнтом. Формально це нагадує ситуацію, коли лікар звертається до клінічних настанов, але на практиці може стати серйозним викликом для взаєморозуміння між лікарем і пацієнтом. За лічені секунди потрібно ухвалити рішення, за яке лікар несе повну відповідальність, але розумний стетоскоп може надати пропозиції, незрозумілі лікарю. Такий дисбаланс може схилити лікаря відмовитися від відповідальності й перетворитися лише на адміністратора медичних інформаційних технологій [41]. Взаємини можуть утратити практичний зміст, а аускультація стане менш складною, менш натхненною і зрештою проводитиметься з меншою залученістю та клінічною впевненістю.

Розумні стетоскопи для навчання та досліджень

Розумний стетоскоп може вивести навчання аускультації на вищий рівень [32]. Біля ліжка пацієнта можна демонструвати й обговорювати в малих групах студентів високоякісні записи звуків грудної клітки. На лекціях демонстрація відповідних звукових файлів також може готувати студентів до майбутніх клінічних обстежень. ШІ, пов’язаний зі стетоскопом, може надавати епідеміологічні відомості про ймовірність відповідних захворювань, що допомагатиме в майбутній інтерпретації звуків, почутих за допомогою традиційного стетоскопа.

Розумний стетоскоп буде корисним у медичних дослідженнях. Донедавна дослідники класифікували кожен звуковий файл «вручну», на основі уважного слухання та вивчення спектрограм. Щоб зменшити суб’єктивність анотації, був потрібен не один оцінювач. Така залежність від даних, розмічених експертами, була затратною за часом і коштами. Нам і далі потрібні знання про серцеві й легеневі звуки, щоб детально зрозуміти клінічне значення різних характеристик звуків. Ці знання принесуть користь не лише розробленню алгоритмів, а й клініцистам, які користуються традиційними стетоскопами.

Висновок

Розумні стетоскопи виявляться точнішими й надійнішими інструментами для діагностики захворювань серця та легень, ніж традиційний стетоскоп, але вони також матимуть небажані побічні наслідки. Через залежність від інтерпретацій ШІ ми можемо зіткнутися зі зниженням навичок аускультації та клінічного мислення. Старий стетоскоп, недорогий, простий у використанні й незалежний від цифрових мереж, має свої переваги й у передбачуваному майбутньому залишатиметься найпоширенішим стетоскопом. Багатьом користувачам у всьому світі потрібно буде підтримувати або вдосконалювати майстерність аускультації грудної клітки, і ця майстерність також буде необхідна, коли клініцисти розмірковуватимуть над результатами роботи ШІ. На щастя, самі розумні стетоскопи слугуватимуть цінними інструментами для розвитку цієї майстерності.