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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-05102017-100114
Document
Author
Full name
Henrique Takachi Moriya
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2003
Supervisor
Committee
Moraes, Jose Carlos Teixeira de Barros (President)
Amato, Marcelo Britto Passos
Giannella Neto, Antonio
Martins, Milton de Arruda
Silva, José Felício da
Title in Portuguese
Contribuições não-lineares e aproximação no domínio do tempo do modelo de fase constante na mecânica respiratória em camundongos.
Keywords in Portuguese
Bioengenharia
Engenharia Biomédica
Mecânica respiratória
Modelo de fase constante
Sistema respiratório
Abstract in Portuguese
A avaliação das propriedades mecânicas do sistema respiratório é tipicamente realizada oscilando-se um fluxo nos pulmões através da traquéia, medindo-se a pressão resultante gerada na traquéia e relacionando-se os dois sinais em termos de alguns modelos matemáticos. Se o sinal de fluxo de perturbação tem seu espectro em banda larga e não apresenta uma amplitude muito elevada, assume-se que o sistema respiratório está se comportando de forma linear e calcula-se sua impedância de entrada. Alternativamente, alguns pesquisadores tem utilizado sinais de fluxo que apresentam um espectro em banda estreita, mas com altos valores de amplitude, e aplicam modelos paramétricos não-lineares para quantificar as relações entre fluxo e pressão. Pouco tem sido feito, entretanto, para considerar dados relativos ao sistema respiratório quando a excitação é de banda larga e o sistema reflete não-linearidades. Nesta pesquisa, esta categoria de dados foi considerada realizando-se experimentos com camundongos. Para interpretar estes dados, desenvolveu-se uma aproximação no domínio do tempo de um modelo muito empregado para descrever a impedância respiratória de entrada. Este modelo foi então estendido para incluir termos de resistência e elastância não-lineares. Descobriu-se que o modelo com termo de elastância não-linear estima melhor os dados experimentais quando amplitudes altas são utilizadas, relativamente ao modelo linear e ao modelo com termo resistivo não-linear. Este modelo pode também ser útil para detecção de hiperinsuflação dos pulmões durante a ventilação mecânica.
Title in English
Non-linear contributions and time domain approximation of the constant phase model in mice respiratory
Keywords in English
Biomedical engineering
Constant phase model
Respiratory mechanics
Abstract in English
The assessment of the mechanical properties of the respiratory system is typically done by oscillating flow into the lungs via the trachea, measuring the resulting pressure generated at the trachea, and relating these two signals to each other in terms of some suitable mathematical model. If the perturbing flow signal is broadband and not too large in amplitude, linear behavior is usually assumed and the input impedance calculated. Alternatively, some researchers have used flow signals that are narrow band but large in amplitude, and invoked nonlinear lumped-parameter models to account for the relationship between flow and pressure. There has been little attempt, however, to deal with respiratory data that is both broadband and reflective of system nonlinearities. In the present study, it was collected such data from mice. To interpret these data, it was first developed a time-domain approximation to a widely used model of respiratory input impedance. It was then extended this model to include nonlinear resistive and elastic terms. It was found that the nonlinear elastic term fit the data better than the linear model or the nonlinear resistance model when amplitudes were large. This model may also be useful for detecting over inflation of the lung during mechanical ventilation.
 
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Publishing Date
2017-10-05
 
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