研究人员发现了导致肺部喘息的“暴力”过程

工程师团队已经确定了肺内部工作中的“暴力”身体流程，导致喘息，影响世界上四分之一的人口的条件。

来自剑桥大学的研究人员利用建模和高速视频技术来显示引起喘息的原因以及如何预测它。他们的研究结果可以作为一种更便宜、更快的肺部疾病诊断方法的基础，这种方法只需要一个听诊器和一个麦克风。

改善对负责产生喘息声的物理机制的理解可以提供症状和疾病之间的更好的因果关系，并有助于改善诊断和治疗。结果在期刊中报告皇家社会开放科学。

在某种程度上，我们大多数人都经历过喘息，呼吸时发出的一种尖锐的口哨声。对大多数人来说，这种现象是暂时的，通常是感冒或轻微过敏反应的结果。然而，常规或慢性喘息通常是更严重情况的症状，如哮喘、肺气肿、慢性阻塞性肺疾病（COPD）或某些癌症。

“因为喘息使得呼吸难以呼吸，它对肺部施加了巨大的压力，”剑桥工程系博士·阿拉斯泰尔格雷戈里博士说。“与喘息相关的声音已被用于成为几个世纪以来的诊断，但是负责喘息发作的物理机制很差，并且没有用于预测喘息的模型。”

该研究的合著者、工程系声学实验室主任阿努拉格·阿加瓦尔(Anurag Agarwal)博士说，几年前他和家人一起度假后，第一次有了研究喘息的想法。“我们到那里的第一个晚上，我就开始气喘吁吁，这在我身上从来没有发生过，”他说。“作为一名研究声学的工程师，我的第一个想法是，我的身体发出这些声音真是太酷了。然而几天后，我呼吸困难，这让新鲜感很快就消失了。”

阿加瓦尔的喘息很可能是由尘螨过敏引起的，用非处方抗组胺药很容易治疗。然而，在与一位同样是呼吸内科专家的邻居交谈后，他了解到，尽管这是一种常见的现象，但导致喘息的物理机制却有些神秘。

阿加瓦尔说:“由于呼哧声与许多情况有关，仅凭呼哧声很难确定病人出了什么问题，所以我们正在研究呼哧声是如何产生的，以便更具体地进行诊断。”

肺的气道是柔性管的分支网络，称为支气管，随着它们深入肺部而逐渐变短和更窄。

为了模拟实验室的这种设置，研究人员改进了一种称为椋鸟电阻的设备，其中通过各种长度和厚度的薄弹性管驱动气流。

作者之一、计算机视觉专家Joan Lasenby教授开发了一种多摄像机立体成像技术，以拍摄空气在不同程度的张力下通过管子的过程，以便观察导致喘息的物理机制。

格雷戈里同时也是莫德林学院的一名初级研究员，他说:“这让我们感到惊讶的是，喘息的机制是如此强烈。”“我们发现出现喘息有两种情况:第一种情况是，气管上的压力使一个或多个细支气管几乎塌陷，第二种情况是，空气通过塌陷的气道以足够的力量驱动振荡。”

一旦满足这些条件，振荡会生长并且通过颤动机构来维持，其中从前到后部行进的波具有与管的打开和关闭相同的频率。“在飞机翅膀中出现了类似的现象，当它们在崩溃时或在桥梁中崩溃时，”琼尔沃尔说。“当上下振动与顺时针和逆时针扭转振动相同的频率时，我们得到颤动，导致结构崩溃。相同的过程是在呼吸系统内部工作。”

使用这些观察结果，研究人员开发了一个“管道法”，以便在可能发生这种可能发生破坏性振荡时，取决于管材料特性，几何和张力量。

“然后，我们利用这一定律建立一个模型，可以预测哮鸣的发作，甚至可以作为更便宜、更快的诊断基础。肺部疾病格雷戈里说:“。“除了x射线或核磁共振等昂贵又耗时的方法，我们只需要一个麦克风和一个听诊器。”

基于该方法的诊断工作通过使用microphone-early测试使用正常的智能手机的内置麦克风记录喘息的声音的频率和使用它来确定哪些细支气管接近崩溃,和航空公司是否异常僵硬或灵活的为了目标治疗。研究人员希望通过发现喘息引起的材料属性的变化，以及喘息来自的位置，这些额外的信息将使区分不同的情况更容易，尽管这一领域还需要进一步的工作。

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