IDENTIFIKASI SISTEM PERNAPASAN MANUSIA SELAMAPERCOBAAN DENGAN NEGATIF PRESSURE IMPULSE EKSITASI

Abstrakjurnal ini menjelaskan metode pengukuran inovatif yang memungkinkan seseorang untuk mengidentifikasi parameter mekanik saluran pernapasan.Metode ini dibandingkan dengan teknik tradisional seperti teknik osilasi paksa (FOT), dipaksa teknik kedaluwarsa, dan teknik interrupter (IT).Karakteristik dikembangkan dari Metode diperiksa oleh simulasi dan eksperimen.Hasil menegaskan spesifisitas dan sensitivitas.Kata kunci: bio-pengukuran, saluran pernapasan, saluran pernapasan sifat mekanik, metode diagnostik diobat-obatan, model saluran pernapasan.

1.PengantarSistem pernapasan bersama dengan sistem sirkulasi merupakan sistem dasar yangmemfungsikan menentukan kelangsungan hidup organisme.Fungsi sistem pernapasan dasar yang adalah untuk menyediakan suatu organisme dengan oksigen dan untuk menghilangkan karbon dioksida beracun, yang merupakan hasil metabolisme, dari organisme.Kegagalan akut sistem pernapasan mungkin memilik berbagai alasan, tetapi selalu merupakan ancaman langsung terhadap kehidupan.Oleh karena itu, banyak perhatian dibayar untuk diagnostik nya.Artikel ini membahas metode baru untuk mengidentifikasi parameter mekanik pernapasansistem.Metode ini didasarkan pada asumsi bahwa dari sudut pandang identifikasisistem pernapasan adalah pneumatik, sistem dinamis dan sifat-sifatnya ditentukan olehparameter seperti elastance, inertance serta resistensi pneumatik.Jika keadaan transiendihasilkan dalam sistem tersebut oleh stimulasi yang tepat, transien sinyal terukur objekakan berisi data yang cukup untuk mengevaluasi parameter yaitu, melakukan parametricalidentifikasi sistem pernapasan.Identifikasi obyek dapat diformulasikan sebagaisolusi dari masalah inversi [21].Apa yang sulit dalam proses ini adalah untuk merangsang objekbaik sehingga isi sinyal data yang cukup kaya.Kesulitan juga terletak pada kenyataan bahwadata perlu dibaca dan diubah menjadi estimasi parameter menjadi tujuan penelitian.Kegunaan dari metode ini adalah turunan dari jumlah parameter estimasi dan ketidakpastian perkiraan diterima. Metode pengukuran disajikan dalam artikel ini terdiri dalam merangsang pernapasansistem dengan dorongan tekanan singkat dari 50 ms, yang dihasilkan di outlet dari saluran pernapasa dan merekam keadaan transisi yang dihasilkan dengan cara ini dalam sinyal aliran udara dihembuskan.Keuntungan dari metode ini adalah kenyataan bahwa ia memerlukan kerjasama kecil di diperiksasisi seseorang, yang memudahkan melakukan penelitian dan membuat tujuan metode.Keuntungan lain adalah kesederhanaan sistem pengukuran.Proses untuk mendapatkanData diagnostik telah dipindahkan ke tahap pengolahan algoritma yang direkamsinyal pengukuran.Seperti signifikan kurang memakan waktu dan menyusahkan bagi pasien,Metode yang disajikan berhasil dapat menggantikan metode frekuensi, yang saat ini digunakan [7,35, 32, 33, 34, 23, 27].Bersamaan itu harus digarisbawahi bahwa masalah sistem pernapasanpengukuran dan analisis tidak sepele.Sistem tersebut adalah, objek non-linear multidimensidi mana fenomena yang berbeda terjadi, seperti aliran gas dalam saluran elastis, akumulasi dandisipasi energi mekanik dll analisis Its dan identifikasi membutuhkan penerapanalgoritma analisis sinyal canggih dan metode percobaan yang dirancang [13].Mencari metode identifikasi resolusi diagnostik yang lebih besar mengarah ke multi-metode pendekatan [5]

2.Model listrik sifat mekanik paru-paruDari sudut pandang sifat mekanik, sistem pernapasan manusia mungkindigambarkan sebagai suatu sistem elemen pneumatik terhubung dengan dinding fleksibel (Gambar 1), yangditandai dengan pneumatik resistensiR, Cdan kerentanan inertanceLJika pendekatan ini diterima, model listrik yang setara, yang komponensetara parameter pneumatik dapat dikembangkan.Dalam literatur, sejumlah tersebutmodel, yang digunakan untuk menginterpretasikan hasil dari sistem pernapasan sifat mekanikidentifikasi, mungkin ditemui.Hasilnya diperoleh dengan pengukuran frekuensimetode.Tingkat kompleksitas dan jumlah koefisien yang berbeda dalam model[19, 22, 3, 31].Di antara beberapa model yang disajikan dalam [3, 34, 36]misalnya.model enam-elemen yang dijelaskan olehsistem empat persamaan diferensial digunakan.Model ini paling sering digunakan untukmenggambarkan sifat mekanik dari sistem pernapasan.Ini termasuk resistensi daninertance dari saluran pernapasan, parameter komponen jaringan dan fungsionalKapasitas residual,yaituvolume gas yang tersisa di paru-paru pada akhir pasifkedaluwarsa.Struktur model ini ditunjukkan pada Gambar.2.Persamaan state mewakili model ditunjukkan pada Gambar.2Model ini sering digunakan karena strukturnya, yang cukup kompleks untuk mencakup semuapneumatik dan mekanik fenomena dasar, dan secara bersamaan cukup sederhana untuk membuatestimasi koefisien yang handal.Model dengan lebih koefisien pada dasarnya diperpanjangmodel enam-elemen, yang ditambah lagi dampak dari saluran pernapasan luarorgan toracal atau pengaruh dari jaringan lambung dan dada.Jaringan bagian dari model adalahdikembangkan sehingga menghasilkan struktur sembilan elemen.Gambar.3 fitur model sepuluh-elemen darisistem pernapasan, yang telah digunakan antara lain di Peslin dan karya penelitian Roger[31, 27].Nilai koefisien model yang berada dalam Tabel 1

3.Metode pengukuran sifat sistem pernapasanBerbagai besar metode pengukuran yang digunakan untuk mendiagnosa sistem pernafasan dandeskripsi mereka, bahkan yang singkat, hasil di luar kerangka makalah ini.Oleh karena itu,yang dipilih, metode standar evaluasi kompetensi sistem pernapasandibahas di sini.Metode adalah sebagai berikut:-Metode spirometri;-Metode kurva aliran volume maksimal diterapkan selama ekspirasi paksa;-Metode tekanan ekspirasi maksimal dan metode tekanan inspirasi minimal (MEP /MIP);-Metode frekuensi (FOT) menentukan transfer dan masukan impedansi darisistem pernapasan;-Metode interrupter (IT).Metode impuls tekanan negatif yang dikembangkan oleh penulis digambarkan terhadappengukuran yang disebutkan di atas.Pengukuran parameter sistem pernapasan dapat memungkinkan seseorang untuk merumuskan non-karakteristik parametrik mekanisme pernapasan atau membuat model parametrik darisistem pernapasan.Yang terakhir merupakan dasar bagi sistem diagnosis pernapasan.Ituparameter sistem pernapasan diperkirakan dengan menghitung nilai koefisien Model danmembandingkan mereka dengan nilai-nilai standar (nilai rata-rata dalam populasi yang sehat).Spirometri digunakan untuk mengukur tekanan dan arus yang dihasilkan dalam sistem pernapasanyang memungkinkan seseorang untuk membentuk karakteristik non-parametrik.Tes spirometri, yang hasilnyadirekam dalam bentuk spirographs, yang dilakukan baik selama respirasi tenang atau dipaksaberakhirnya manuver.Mantan kondisi memungkinkan untuk menghitung kapasitas vital, VC, dan yangkomponen (Gambar 4), sedangkan yang kedua memungkinkan seseorang untuk menentukan aliran ekspirasi maksimal-kurva Volume MEFVC (Gambar 5) dan nilai-nilai yang terkaitPengukuran tersebut memberikan data tentang patensi dari pernapasan pusat dan perifertraktat dan pada kekuatan otot ekspirasi.Meskipun tes spirometri tampaknya mudahuntuk melakukan, mereka sebenarnya cukup kompleks dan hasilnya sering tidak menentu.A yang cukuppembatasan tes spirometri (terutama dalam kasus anak-anak) adalah kenyataan bahwa mereka membutuhkankerjasama pasien dan usaha.Dengan demikian, akurasi data yang diperoleh dan bahwa daridiagnosis berdasarkan itu sangat tergantung pada kualitas manuver ekspirasi paksakinerja [10, 37, 8, 38].Kelompok ini juga termasuk tes MIP / MEP [39, 4, 26].Tes tekanan inspirasi Minimal danmaksimal tes tekanan ekspirasi memungkinkan untuk menilai kekuatan otot-otot pernafasan.Ini adalahdilakukan dengan mengukur inspirasi atau tekanan ekspirasi selama upaya inspirasi maksimalmenyusul berakhirnya mengurangi jumlah gas kapasitas residual atau selama maksimalUpaya ekspirasi setelah inspirasi penuh.Kedua manuver dilakukan dengan menutupkeluaran saluran pernapasan.Juga pasien yang memerlukan bantuan mekanik ventilasi dapatakan MIP / MEP diuji.Jika MIP lebih rendah dari - 30 [hPa], pasien cenderung berhenti menggunakanrespirator, yang hampir mustahil jika MIP lebih - 20 [hPa].Gambar.6 menggambarkan dua algoritma untuk menghitung maksimal (minimal) ekspirasi (inspirasi)tekanan.Hasil uji MEP dianggap nilai tekanan ekspirasi diukur sebagaiBegitu(misalnya1s kemudian) nilai maksimal telah tercapai (Gambar 6a) atau nilai rata-ratatekanan disimpan untuk jangka waktu tertentu(misalnya3s.) setelah nilai puncak (Gambar 6b).Keduaalgoritma yang dirancang untuk menghilangkan kasus-kasus ketika orang diperiksa tidak dapat menjaganilai tekanan maksimal untuk jangka waktu yang lama.Dalam situasi seperti itu, kekuatanotot-otot pernapasan tidak dapat secara akurat dinilai.Osilasi Teknik Paksa (FOT) sangat penting untuk mengidentifikasi sistem pernapasanparameter.Sistem pernapasan manusia, yang terdiri dari saluran pernapasan transportasiudara ke dalam alveoli paru, gas alveolar dan jaringan sekitarnya alveoli paru,dapat diperlakukan sebagai sistem dinamis termasuk dua input dan dua output, impedansisaluran pernapasan, gas alveolar dan jaringan [6, 7, 30, 28] (Gambar 7)Jumlah input baik perubahan tekanan pada saluran inlet pernapasan atau tekananmengubah sekitar dada.Kuantitas output baik aliran gas pada saluran pernapasanstopkontak atau aliran gas di sekitar dada masing-masing.Impedansi transfer pernapasansistem adalah rasio tekanan dipaksa untuk respon aliran sistem pernapasan ketikainput dan output jumlah diukur pada titik yang berbeda.Impedansi input adalah rasioantara dua kuantitas yang diukur pada satu titik,misalnyadi outlet saluran pernapasan.Saat ini, ada dua metode pengukuran yang digunakan untuk identifikasi tersebut [24, 32, 33, 34,36, 8, 9].Metode adalah sebagai berikut:-Pengukuran impedansi transfer di kabin bertekanan yang terbuat dari dinding fleksibeldengan pengeras suara terpasang.Seorang pasien ditempatkan di dalam kabin (Gambar 7a) dan ditentukan(Monoharmonic, poliharmonic) atau acak sinyal tekanan yang dihasilkan.Kepala pasienberada di luar kabin, yang tertutup ditutup sekitar leher pasien.TekananPerubahan yang dihasilkan dalam kabin dengan mengoperasikan pengeras suara dan aliran distopkontak saluran pernapasan dicatat.Metode ini memiliki sejumlah kelemahan,terutama:pembangunan kabin uji bermasalah, penahanan sebagai cukup dan tidak fleksibelsulit untuk dicapairentang pengukuran terkendala karena fakta bahwa sifat kabin yang dinamisdan tekanan didistribusikan tidak teratur pada frekuensi di atas 50-60 [Hz].-Selama pengukuran impedansi masukan, hanya kepala pasien ditempatkan dikabin bertekanan (Gambar 7b).Perubahan tekanan dalam kabin (sesuai denganPerubahan tekanan pada outlet saluran pernapasan) dan aliran di outlet saluran pernapasandiukur.Memberikan pasien dengan kondisi pernapasan yang nyaman adalah yang terbesarmenantang, terutama pada anak kasus diperiksa.Selain metode frekuensi, metode waktu merangsang sistem pernapasan dengansinyal non-periodik yang berhasil digunakan.Beberapa dari mereka menganalisis dan merekam objekvariabel dalam tetap, negara tetap dan lain-lain melakukan itu dalam keadaan perpindahan diinduksi.Ituteknik interrupter dan metode impuls tekanan negatif - dijelaskan di bawah ini - milikkelompok.Teknik interrupter (IT) diperkenalkan oleh von Neergaard dan Wirz pada tahun 1927 [25] sebagaisalah satu metode non-invasif pertama yang menyelidiki sifat mekanik darisistem pernapasan.Selanjutnya, pada tahun 1950, dikembangkan oleh Mead dan Whittenberger[20].Metode ini sederhana dan relatif nyaman bagi pasien.Aliran udara ekspirasi adalahsingkat (kurang dari 20 sampai lebih dari 100 [ms]) rusak dengan menutup katup pada saluran pernapasanstopkontak.Pada penutupan penurunan dan akhirnya berhenti aliran serta meningkatnya tekanandiukur di mulut.4.Metode impuls tekanan negatifTujuan dari metode pengukuran yang dijelaskan dalam pekerjaan ini adalah untuk merekam dan menganalisaimpedansi input dari sistem pernapasan [12, 29].Perubahan tekanan Impulse dipaksa dioutlet saluran pernapasan dan dengan demikian aliran udara yang disebabkan serta tekanan eksitasi yangdiukur.Durasi impuls tekanan yang dihasilkan singkat,yaitukurang dari seratusmilidetik.Data pengukuran yang diperoleh dari tahap dinamis transien yang dihasilkandalam sinyal arus digunakan untuk tujuan diagnostik.Pengukuran dilakukan selama yang normalbernapas (Gambar 8), yang tidak mempengaruhi hasil dengan cara apapun yang signifikan karena pendekwaktu pengukuran.Dibandingkan dengan metode frekuensi, yang diusulkan sederhana dankurang memakan waktu

Percobaan PengukuranPenelitian eksperimental dilakukan di Institute of Tuberculosis Paru danPenyakit di Rabka, yang dilengkapi dengan sistem pengukuran dirancang dan dibangundi Departemen Pengukuran dan Instrumentasi di AGH Universitas Sains danTeknologi di Krakow (Polandia).Sistem ini terdiri dari dua komponen dasar (Gambar 10) [11]: saluran pengukuran untuktekanan dan saluran pengukuran untuk merekam volume aliran pernapasan.Mantan,yaitusaluran pengukuran tekanan, dilengkapi dengan diferensial (pengukuran dalam hubungannyadengan tekanan atmosfer) sensor tekanan seri MP45-871 dengan pengukurankisaran 88,0 [hPa], diproduksi oleh Validyne.Yang terakhir ini termasuk pneumo-tachometer daritipe 3700A, diproduksi oleh Hans Rudolf Inc dan bekerja sama dengan tekanan diferensialsensor dari seri MP45-871 dengan kisaran pengukuran 2,25 [hPaKesimpulanMetode jangka pendek, impuls tekanan negatif yang dijelaskan dalam artikel ini adalahdikembangkan di Departemen Pengukuran dan Instrumentasi di AGH University ofSains dan Teknologi.Struktur sederhana dari sistem pengukuran dan fakta bahwa hal ituyang nyaman untuk pasien dua keuntungan utama dari metode ini.Penyelidikan,meliputi simulasi dan eksperimen, dilakukan dalam rangka untuk menentukansifat metode pengukuran ini. Hasil yang diperoleh memungkinkan untuk merumuskan kesimpulan umum bahwa metode mengukur sistem pernapasan parameter mekanik memungkinkan seseorang untuk mendeteksi lesi padasistem pernapasan, dan memungkinkan untuk membedakan sehat dari sakit.Namun harus menggarisbawahi bahwa sistem pernapasan pasien dari Institut Tuberkulosis dan Paru Penyakit yang diperiksa dengan metode ini jauh rusak karena penyakit mereka.Kesimpulan rinci perhatian kedua pilihan parameter metode identifikasi (Durasi waktu impuls tekanan, amplitudonya serta waktu terjadinya ini impuls) dan ketidakpastian estimasi parameter sistem pernapasan.Mereka telah dirumuskan pada ujung bab berturut-turut