Ocena wpływu pozatorakalnych dróg oddechowych na...
92
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISLAWA STASZICA ROZPRAWA DOKTORSKA Ocena wplywu pozatorakalnych dróg oddechowych na oddechową impedancję wejścia MGR INś. WOJCIECH LATAWIEC Promotor: doc. dr hab. inŜ. Waldemar Tomalak Kraków, 2007
Transcript of Ocena wpływu pozatorakalnych dróg oddechowych na...
AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA
ROZPRAWA DOKTORSKA
Ocena wpływu pozatorakalnych dróg oddechowych na oddechową impedancję wejścia
MGR INś. WOJCIECH LATAWIEC
Promotor: doc. dr hab. inŜ. Waldemar Tomalak
Kraków, 2007
2
Niniejsza praca została sfinansowana przez grant badawczo promotorski
pt. ”Ocena wpływu pozatorakalnych dróg oddechowych na oddechową impedancję
wejścia” Nr 3T10C 03129 Ministerstwo Edukacji i Nauki.
3
„Gdybym wiedział co robię, to przecieŜ nie była by praca badawcza”
Albert Einstein
Pracę tę dedykuję
mojej ukochanej Ŝonie, rodzicom
oraz dziadkom.
4
Spis treści
1 Wstęp ...............................................................................................................................12
2 Wprowadzenie ................................................................................................................14
2.1 Technika oscylacji wymuszonych .............................................................................14
2.2 Impedancja wejścia układu oddechowego ...............................................................17
2.3 Modele układu oddechowego stosowane do analizy Zin ..........................................19
2.4 Pozatorakalne drogi oddechowe ...............................................................................25
2.5 Wpływ pozatorakalnych dróg oddechowych na impedancję wejścia....................27
2.6 Cel i teza pracy............................................................................................................29
3 Materiał ...........................................................................................................................31
3.1 Grupa badana. ............................................................................................................31
3.2 Metodyka pomiarów ..................................................................................................32
3.2.1 Pomiar standardowy bez podtrzymywania policzków....................................33
3.2.2 Pomiar standardowy z podtrzymywaniem policzków dłońmi .......................33
3.2.3 Pomiar standardowy z podtrzymywaniem policzków przez maskę ..............34
3.2.4 Pomiary z hełmem bez podtrzymywania policzków .......................................34
3.2.5 Pomiary z hełmem z podtrzymywaniem policzków przez maskę ..................35
3.2.6 Metoda wyznaczenia impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych w
konfiguracji bez podtrzymywania policzków ..................................................................35
3.2.7 Metoda wyznaczenia impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych w
konfiguracji z podtrzymywania policzków przez maskę ................................................35
3.2.8 Pomiary z wykorzystaniem manewru Valsalvy...............................................36
3.2.9 Pomiary z wykorzystaniem manewru Valsalvy z podtrzymywaniem
policzków (dłońmi oraz przez maskę)...............................................................................36
3.2.10 Wyliczenie impedancji Zrs (skorygowanej wartościami Zuaw) z impedancji
Zst lub Zhg.............................................................................................................................37
3.2.11 Algorytm identyfikacji .......................................................................................37
4 Wyniki .............................................................................................................................39
4.1 Wyniki pomiaru standardowego (Zst) dla jednego z badanych .............................39
5
4.2 Wyniki z pomiaru standardowego z hełmem (Zhg) dla jednego z badanych ........40
4.3 Wyniki pomiarów standardowych podczas manewru Valsalvy dla jednego z badanych .................................................................................................................................41
4.4 Średnie wartości impedancji Zst, ZstSTP z odchyleniem standardowym ................42
4.5 Średnie wartości impedancji Zhg, ZhgSTP z odchyleniami standardowymi ............43
4.6 Wartości modułu impedancji Zst i ZstSTP, oraz procentowe zmiany impedancji przy podtrzymywaniu policzków (przy pomocy maski). ....................................................44
4.7 Wyniki obliczeń impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP z odchyleniami standardowymi dla kobiet i męŜczyzn ..........................................................45
4.8 Średnie wartości modułów impedancji Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP dla grupy męŜczyzn oraz kobiet..............................................................................................................47
4.9 Wyniki obliczonych średnich wartości impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP oraz Zval i ZvalSTP.......................................................................48
4.10 Ilościowa analiza impedancji Zuaw oraz impedancji Zval.........................................50
4.11 Średnie moduły impedancji Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP ...........................................51
4.12 Modelowanie impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP –modelem 3 elementowym.......................................................................................................52
4.13 Modelowanie impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP –modelem 6 elementowym [19] ...............................................................................................53
4.14 Modelowanie impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP – modelem 5 elementowym [26] ...............................................................................................54
4.15 Porównanie zmian pomiędzy Zst i ZstSTP dla modelu 4 elementowego...................55
4.16 Korekcja Z rs, ZrsSTP wartościami średnimi Z uaw, ZuawSTP........................................56
4.17 Porównanie współczynników modelu czteroelementowego układu oddechowego Zrs obliczonego z Zst (Zrs_st) i Zhg (Zrs_st)................................................................................58
4.18 Porównanie Zrs_st (impedancji układu oddechowego obliczonego z wzoru na Zst) i Zrs_hg (impedancji układu oddechowego obliczonego z wzoru na Zhg) z impedancją Zst i Zhg 59
4.19 Porównanie Zrs_st (impedancji układu oddechowego obliczonego ze wzoru na Zst) z impedancją Zhg (pomiar w hełmie) i impedancją ZstTP (pomiar standardowy z podtrzymywaniem policzków dłońmi)..................................................................................61
5 Dyskusja ..........................................................................................................................62
6 Wnioski............................................................................................................................73
6
7 Aneks: ..............................................................................................................................76
7.1 Metoda wyliczenia impedancji Zhg z pomiaru w hełmie .........................................76
7.2 Metoda wyznaczenia impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych w konfiguracji bez podtrzymywania policzków ......................................................................76
7.3 Analogi elektryczne wielkości mechanicznych uŜywanych w mechanice oddychania [37].......................................................................................................................77
7.4 Tabele...........................................................................................................................78
8 Literatura ........................................................................................................................88
7
Spis rysunków Rys. 2.1 Układ o 2 wejściach i 2 wyjściach ...........................................................................14
Rys. 2.2 Układy pomiarowe impedancji przejścia Ztr oraz wejścia Zin .............................15
Rys. 2.3 Pomiar w hełmie.......................................................................................................16
Rys. 2.4 Pomiar w hełmie przy pomocy Pulmosforu...........................................................16
Rys. 2.5 Pomiar w układzie standardowym .........................................................................17
Rys. 2.6 Typowy przebieg impedancji wejścia Zin dla zdrowej osoby...............................19
Rys. 2.7 Sposób wyliczenia współczynników modelu 4 elementowego ..............................21
Rys. 2.8 Model 4 elementowy układu oddechowego do analizy Zin ...................................21
Rys. 2.9 Wybrane modele układu oddechowego..................................................................22
Rys. 2.10 Modele o parametrach skupionych i rozłoŜonych ..............................................23
Rys. 2.11 Modele wiskoelastyczne układu oddechowego....................................................24
Rys. 2.12 Schemat górnych dróg oddechowych...................................................................25
Rys. 2.13 Podział impedancji Zin na część pozatorakalną i impedancję układu
oddechowego ...................................................................................................................27
Rys. 2.14 Układ pomiarowy standardowy............................................................................27
Rys. 2.15 Układ pomiarowy z hełmem..................................................................................28
Rys. 3.1 Schemat zastępczy pomiaru standardowego .........................................................33
Rys. 3.2 Maska zastępująca podtrzymywanie policzków dłońmi. .....................................34
Rys. 3.3 Schemat zastępczy pomiaru w hełmie ....................................................................34
Rys. 3.4 Schemat układu pomiarowego w konfiguracji standardowej przy manewrze
Valsalvy ...........................................................................................................................36
Rys. 3.5 Schemat blokowy metody strojenia modelu AMT................................................37
Rys. 4.1 Zmierzona impedancja Zst, ZstTP, ZstSTP dla jednego z badanych........................39
Rys. 4.2 Zmierzona impedancja Zhg, ZhgSTP dla jednego z badanych ................................40
Rys. 4.3 Wykres impedancji Zval, ZvalTP, ZvalSTP zmierzonej podczas manewru Valsalvy41
Rys. 4.4 Wykres średniej wartości impedancji Zsmeant, ZstSTPmean z odchyleniami
standardowymi ...............................................................................................................42
Rys. 4.5 Średnia wartość impedancji Zhgmean i ZhgSTPmean....................................................43
Rys. 4.6 Wykres średnich modułów Zstmean..........................................................................44
Rys. 4.7 Względny procentowy zakres zmian Zstmean..........................................................44
Rys. 4.8 Impedancja ZuawmeanMM, ZuawSTPmeanKK dla grupy męŜczyzn................................45
Rys. 4.9 Impedancja ZuawmeanKK, ZuawSTPmeanKK dla grupy kobiet.......................................45
8
Rys. 4.10 Porównanie średnich modułów Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP dla kobiet i
męŜczyzn..........................................................................................................................47
Rys. 4.11 Wykres impedancji Zuawmean, ZuawSTPmean.............................................................49
Rys. 4.12 Impedancja Zvalmean i ZvalSTPmean............................................................................49
Rys. 4.13 Względna i bezwzględna zmiana modułów Zuaw i Zval ........................................50
Rys. 4.14 Moduł średnich wartości Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP............................................51
Rys. 4.15 Model RLC impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych ..........................52
Rys. 4.16 Dopasowanie wartości impedancji Zuaw oraz ZuawSTP opisanych modelem RLC
..........................................................................................................................................52
Rys. 4.17 Model 6 elementowy impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych............53
Rys. 4.18 Dopasowanie wartości impedancji Zuaw i ZuawSTP opisanych
sześcioelementowym modelem.......................................................................................53
Rys. 4.19 Model 5 elementowy impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych............54
Rys. 4.20 Dopasowanie wartości impedancji Zuaw i ZuawSTP opisanych pięcioelementowym
modelem...........................................................................................................................55
Rys. 4.21 Model 4 elementowy układu oddechowego..........................................................55
Rys. 4.22 Dopasowanie wartości impedancji Zst i ZstSTP opisanych czteroelementowym
modelem...........................................................................................................................56
Rys. 4.23 Wartości impedancji Zrs_st, Zrs_hg, Zst, Zhg............................................................57
Rys. 4.24 Wartości impedancji ZrsSTP_st, ZrsSTP_hg, ZstSTP, ZhgSTP. .......................................57
Rys. 4.25 Dopasowanie modelu czteroelementowego do impedancji Zrs_st i Zrs_hg ...........58
Rys. 4.26 Dopasowanie modelu czteroelementowego do impedancji ZrsSTP_st i ZrsSTP_hg..58
Rys. 4.27 Zmiana Zst, Zhg w stosunku do Zrs_st dla części rzeczywistej i urojonej. ...........59
Rys. 4.28 Zmiana ZstSTP, ZhgSTP w stosunku do ZrsSTP_st dla części rzeczywistej i urojonej.
..........................................................................................................................................60
Rys. 4.29 Zmiana Zrs_st w stosunku do ZrsSTP_st dla części rzeczywistej i urojonej ...........60
Rys. 4.30 Wartości impedancji Zrs_st, ZstTP, Zhg. ..................................................................61
Rys. 5.1 Stosunek róŜnic impedancji (ZuawSTP-Zuaw)/(ZvalSTP-Zval)......................................69
Rys. 5.2 Stosunek róŜnic modułów (ZuawSTP-Zuaw)/(ZvalSTP-Zval).........................................69
Rys. 5.3 Impedancja Zuaw otrzymana parametrów modeli literaturowych oraz
obliczonych......................................................................................................................71
Rys. 7.1 Schemat zastępczy pomiaru w hełmie ....................................................................76
9
Spis tabel Tab. 3.1 Szczegółowa charakterystyka osób biorących udział w badaniu........................31
Tab. 3.2 Wartości średnie parametrów antropometrycznych w badanej grupie.............32
Tab. 4.1 Test t-Studenta dla impedancji Zuaw dla grupy męŜczyzn i kobiet .....................46
Tab. 4.2 Test t-Studenta dla średnich modułów impedancji Zuaw w grupie kobiet i
męŜczyzn..........................................................................................................................48
Tab. 4.3 Wartości współczynników modelu RLC dla impedancji Zuaw oraz ZuawSTP.......52
Tab. 4.4 Współczynniki modelu 6 elementowego dla impedancji Zst i ZstSTP....................54
Tab. 4.5 Współczynniki modelu 5 elementowego dla impedancji Zuaw i ZuawSTP. .............55
Tab. 4.6 Współczynniki modelu 4 elementowego dla impedancji Zst i ZstSTP....................56
Tab. 4.7 Współczynniki modeli impedancji Zrs, ZrsSTP........................................................59
Tab. 5.1 RóŜnica wartości impedancji Zstmean-ZstSTPmean.....................................................63
Tab. 5.2 Test t-Studenta dla impedancji Zst i ZstSTP oraz Zhg i Zst......................................64
Tab. 5.3 RóŜnica impedancji Zst-Zhg oraz Zhg-ZstSTP...........................................................65
Tab. 5.4 Współczynniki dopasowania impedancji Zhg i ZhgSTP do modelu 4 elementowego
..........................................................................................................................................65
Tab. 5.5 Test t-Studenta dla impedancji Zhg i ZstSTP, Zhg i ZhgSTP oraz ZhgSTP i ZstSTP......66
Tab. 5.6 RóŜnice impedancji Zuaw i Zval oraz względna zmiana Zuaw względem Zval........67
Tab. 5.7 RóŜnice impedancji ZuawSTP i ZvalSTP oraz względna zmiana ZuawSTP względem
ZvalSTP ...............................................................................................................................68
Tab. 5.8 Porównanie współczynników modelu Jabłońskiego literaturowych z
obliczonymi .....................................................................................................................71
Tab. 5.9 Porównanie współczynników modelu Marchala literaturowych z otrzymanymi
..........................................................................................................................................71
Tab. 7.1 Wyniki pomiaru impedancji Zst, ZstTP, ZstSTP dla jednego z badanych...............78
Tab. 7.2 Wyniki pomiaru standardowego z hełmem (Zhg) dla jednego z badanych ........78
Tab. 7.3 Wyniki pomiarów podczas manewru Valsalvy dla jednego z badanych............79
Tab. 7.4 Średnia wartości impedancji Zst, ZstSTP z odchyleniami standardowymi...........79
Tab. 7.5 Średnia wartości impedancji Zhg, ZhgSTP z odchyleniami standardowymi .........80
Tab. 7.6 Moduł impedancji Zst i ZstSTP, oraz procentowe
zmiany((Mod(Zst)/Mod(Z stSTP))/Mod(Z st))*100%........................................................80
10
Tab. 7.7 Prezentacja obliczonych średnich wartości impedancji pozatorakalnych dróg
oddechowych Zuaw, ZuawSTP ............................................................................................81
Tab. 7.8 Wartości średnie impedancji Zval i ZvalSTP.............................................................81
Tab. 7.9 Impedancja Zuaw, ZuawSTP dla grupy męŜczyzn .....................................................82
Tab. 7.10 Impedancja Zuaw, ZuawSTP dla grupy kobiet.........................................................82
Tab. 7.11 Ilościowa analiza impedancji Zuaw........................................................................83
Tab. 7.12 Wartości modułów Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP .....................................................83
Tab. 7.13 Wartości modułów Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP dla kobiet. ..................................84
Tab. 7.14 Wartości modułów Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP dla męŜczyzn. ............................84
Tab. 7.15 Wartości impedancji Zrsmean_Zst oraz Zrsmean_Zhg..................................................85
Tab. 7.16 Procentowa wartość impedancji Zst, Zhg w funkcji Z rs.......................................85
Tab. 7.17 Procentowa wartość impedancji ZstSTP, ZhgSTP w funkcji Z rsSTP........................86
Tab. 7.18 Procentowy stosunek impedancji Zrs/ZrsSTP ........................................................86
Tab. 7.19 Impedancja pneumotachometru Zpt ....................................................................87
11
Wykaz symboli i oznaczeń uŜytych w tekście
FOT technika oscylacji wymuszonych – forced oscillation technique P ciśnienie Pao ciśnienie u wlotu dróg oddechowych Pbs ciśnienie wokół klatki piersiowej V’ przepływ gazu Z impedancja R rezystancja, opór X reaktancja Zst impedancja mierzona podczas pomiaru standardowego. ZstTP impedancja mierzona podczas pomiaru standardowego z
podtrzymywaniem policzków dłońmi. ZstSTP impedancja mierzona podczas pomiaru standardowego z
podtrzymywaniem policzków przez maskę. Zhg impedancja mierzona podczas pomiaru z hełmem. ZhgSTP impedancja mierzona podczas pomiaru z hełmem z podtrzymywaniem
policzków przez maskę Zval impedancja mierzona podczas manewru Valsalvy ZvalTP impedancja mierzona podczas manewru Valsalvy z podtrzymywaniem
policzków dłońmi ZvalSTP impedancja mierzona podczas manewru Valsalvy z podtrzymywaniem
policzków przez maskę Zrs Impedancja układu oddechowego ( respiratory system) Zuaw Wyliczona impedancja pozatorakalnych dróg oddechowych ZuawSTP Wyliczona impedancja pozatorakalnych dróg oddechowych z
podtrzymywaniem policzków przez maskę Zpt impedancja pneumotachometru Zrsmean_Zst impedancja układu oddechowego obliczona ze wzoru na Zst Zrsmean_Zhg impedancja układu oddechowego obliczona ze wzoru na Zhg ω pulsacja f częstotliwość γ2 współczynnik koherencji GPP gęstość widmowa ciśnienia GVV gęstość widmowa przepływu φ kąt fazowy j jednostka urojona )1( −
KK grupa kobiet MM grupa męŜczyzn mean średnia wartość D wartość funkcjonału (błąd dopasowania) SD odchylenie standardowe Mod moduł liczby zespolonej
12
1 Wstęp
Badanie układu oddechowego ma na celu odpowiedź na kilka podstawowych pytań: jaki
jest stan układu oddechowego w odniesieniu do zdrowej populacji (porównanie z tzw.
normą), czy ewentualny proces chorobowy zmienia własności układu oddechowego, czy
proces leczenia i/lub rehabilitacji wpływa na poprawę wskaźników opisujących układ
oddechowy.
Pierwsze badania układu oddechowego polegały na jego obserwacji. Pomiary – w ilościowym
sensie – zaczęto przeprowadzać od roku 1848, kiedy J. Hutchinson przeprowadził pierwsze
pomiary pojemności Ŝyciowej płuc przy pomocy skonstruowanego przez siebie spirometru.
Rozwój nauk – w tym fizyki oraz narzędzi słuŜących pomiarom owocował kolejnymi
metodami i technikami pomiarowymi, uŜytecznymi w poznawaniu struktury i funkcji układu
oddechowego – będącego jednym z najbardziej skomplikowanych układów biologicznych. W
chwili obecnej – lekarz diagnosta, fizjolog, czy metrolog dysponuje pokaźnym zestawem
technik, mogących znaleźć zastosowanie w badaniu układu oddechowego. Najstarsza
historycznie – spirometria – rejestruje zmiany objętości i przepływu powietrza przez drogi
oddechowe w czasie oddychania naturalnego i specjalnie dobranych manewrów
oddechowych. W 1927 r. Von Neergaard i Wirz [32] opracowali technikę pomiaru własności
oporowych układu oddychania – polegającą na rejestrowaniu zmian ciśnienia i przepływu w
czasie krótkotrwałego zamknięcia dróg oddechowych, która doczekała się w Polsce
kompletnego opracowania metrologicznego [19]. W 1956 r. A. DuBois wraz z
współpracownikami opublikował metodę szybkiego pomiaru torakalnej objętości gazu
(pozostającego w płucach po zakończeniu spokojnego wydechu) i oporu dróg oddechowych
przy pomocy kabiny zwanej pletyzmografem całego ciała [8]. W tym samym roku – ta sama
ekipa opublikowała pierwsze wyniki pomiarów własności układu oddechowego przy pomocy
techniki oscylacji wymuszonych (forced oscillation technique, FOT) [9].
Technika ta – stanowi istotne novum w podejściu do zagadnień mechaniki oddychania.
W normalnej sytuacji, ciśnienia generowane wewnątrz układu oddechowego na skutek
cyklicznej akcji mięśni oddechowych nie są dostępne pomiarowo z zewnątrz. Klasyczne
techniki korzystają więc z załoŜeń upraszczających – pozwalających na estymację gradientu
ciśnienia pomiędzy pęcherzykiem płucnym a atmosferą i obliczanie ciśnienia napędowego
(driving pressure) powodującego przepływ powietrza przez drogi oddechowe. W przypadku
uŜycia FOT, do układu oddechowego doprowadza się zewnętrzne wymuszenia ciśnieniowe o
13
znanym spektrum częstotliwościowym i amplitudzie – i na podstawie odpowiedzi
przepływowej układu ocenia się jego właściwości.
Pomiar ciśnienia wymuszającego i odpowiedzi układu oddechowego umoŜliwiają analizę
impedancji oddechowej. Korzystając z aparatu matematycznego właściwego automatyce oraz
technice modelowania matematycznego – ocena własności układu oddechowego sprowadza
się do analizy współczynników przyjętego w załoŜeniach modelu. Przyjęcie odpowiedniego
modelu determinowane jest z jednej strony wiedzą o fizjologii i patologii oddychania, z
drugiej – ilością posiadanych informacji wynikających z zastosowania konkretnego układu
pomiarowego, oraz zakresu częstotliwości, w którym dokonuje się pomiarów. Wreszcie po
trzecie – podstawowymi pytaniami dotyczącymi struktury (a więc stopniem skomplikowania
modelu) i funkcji (a więc wartości jego parametrów) badanego układu. Technikę oscylacji
wymuszonych wprowadzono do uŜycia w 1956 roku. Ma ona wiele zalet wśród których
naleŜy wymienić jej nieinwazyjność, brak konieczności aktywnej współpracy ze strony
badanego oraz fakt, Ŝe w zaleŜności od przyjętych załoŜeń i parametrów torów pomiarowych
moŜe słuŜyć jako narzędzie badawcze lub diagnostyczne.
Niniejsza praca poświęcona jest jednemu z aspektów tej techniki – wpływowi tej części
układu oddechowego, która znajduje się poza klatką piersiową (pozatorakalnych dróg
oddechowych) na wyniki pomiaru własności układu oddechowego. W kolejnych rozdziałach
przedstawiono: wprowadzenie do techniki oscylacji wymuszonych oraz sformułowano
problem, którego niniejsza praca dotyczy; przedstawiono opis metodyki badań i materiału
badawczego; wyniki pomiarów i obliczeń; dyskusję uzyskanych wyników oraz sformułowane
wnioski wynikające z przeprowadzonych prac. Całość zamknięto rozdziałem zawierającym
piśmiennictwo, oraz aneksem.
14
2 Wprowadzenie
2.1 Technika oscylacji wymuszonych
Jedną z metod badań strukturalnych i mechanicznych właściwości układu
oddechowego jest analiza odpowiedzi układu na zmienne w czasie wymuszenie (FOT –
Forced Oscillation Technique). Pozwala ona na pomiar właściwości mechanicznych układu
oddechowego bez konieczności znajomości wartości ciśnień generowanych wewnątrz układu.
Dokładny opis techniki i definicje znaleźć moŜna w pracach J. Radlińskiego, W. Tomalaka
[42][46][47].
W sytuacji, w której ciśnienia generowane wewnątrz układu oddechowego są niedostępne
pomiarowo, odpowiedź układu (przepływ powietrza przez układ oddechowy) moŜna uzyskać
wymuszając przepływ znanym, zewnętrznym wymuszeniem ciśnieniowym.
System oddechowy moŜe być potraktowany jako układ o dwu wejściach i dwu wyjściach
(Rys. 2.1).
Rys. 2.1 Układ o 2 wejściach i 2 wyjściach
Wymuszenie ciśnieniowe moŜe być zadawane u wylotu dróg oddechowych (airway
opening, ao), lub wokół klatki piersiowej (body surface, bs). W zaleŜności od punktu pomiaru
odpowiedzi będziemy więc mierzyli:
• impedancję wejścia układu oddechowego (input impedance) Zin – jeśli punkty
zadawania wymuszenie i pomiaru odpowiedzi są takie same:
bs
bs
ao
aoin V
P
V
PZ
''==
• impedancję przejścia układu oddechowego (transfer impedance) Ztr – jeśli punkty te
są róŜne.
bs
ao
ao
bstr V
P
V
PZ
''==
15
Impedancja przejścia (Ztr) jest technicznie trudniejsza do zmierzenia – wymaga
bowiem kabiny do wytwarzania fali ciśnieniowej lub słuŜącej do pomiaru przepływu
peritorakalnego V’bs [46] i nie jest przedmiotem tej pracy.
Impedancja Ztr moŜe być mierzona zarówno u wylotu dróg oddechowych (ao) lub
wokół klatki piersiowej (Rys. 2.2B), lecz prostszą technicznie jest realizacja z Rys. 2.2A,
powszechnie stosowana w laboratoriach w zestawach do pomiaru Ztr.
Rys. 2.2 Układy pomiarowe impedancji przejścia Ztr oraz wejścia Zin
Zestawy do pomiaru oddechowej impedancji wejścia działają według schematu z
Rys. 2.2C; wymuszenie ciśnieniowe i pomiar odpowiedzi przepływowej dokonywane są w
tym samym punkcie – u wylotu dróg oddechowych (ao). W chwili obecnej na rynku dostępne
są zestawy co najmniej kilku firm, róŜniące się konstrukcją (SensorMedics, Cosmed) lub
wykorzystujące nieco inną zasadę generowania wymuszenia ciśnieniowego (IOS, Jaeger).
Pierwsze pomiary tą techniką wykonali A. DuBois i wsp. [9] w 1956 r. Przy pomocy
specjalnie skonstruowanej pompy uzyskali odpowiedź układu oddechowego na wymuszenie
ciśnieniowe w zakresie do 15 Hz. W latach 60-tych zastosowano do generowania fali
ciśnieniowej głośniki [14][30]. Późniejszy rozwój techniki – w tym czujników ciśnieniowych
i rozwój komputerów spowodowały burzliwy rozwój tej techniki i jej szersze zastosowanie
nie tylko w laboratoriach zajmujących się fizjopatologią oddychania, ale takŜe zastosowanie
w klinice do badania róŜnych aspektów mechaniki oddychania w przebiegu przewlekłych
chorób układu oddechowego [14][54].
W latach osiemdziesiątych [13][26] w laboratoriach INSERM we Francji opracowano
oryginalną modyfikację techniki pomiarowej, polegająca na zadawaniu wymuszenia
16
ciśnieniowego wokół głowy badanego pacjenta, co umoŜliwia minimalizowanie
bocznikującego wpływu pozatorakalnych dróg oddechowych na mierzone wartości
impedancji Zin [35] (Rys. 2.3).
Rys. 2.3 Pomiar w hełmie.
Rys. 2.4 Pomiar w hełmie przy pomocy Pulmosforu
W latach 90 opracowano pierwsze zalecenia standaryzacyjne [55][56] dotyczące FOT,
ustalające równieŜ pewne kierunki badań i prac, podsumowane w raporcie rekomendacyjnym
Europejskiego Towarzystwa Oddechowego (ERS) w roku 2003 [34].
Technika oscylacji wymuszonych umoŜliwia badanie i poznanie własności układu
oddechowego w częstotliwościach wyŜszych od częstotliwości oddechowych. Pierwsze
pomiary [9] wykonano w zakresie do 15 Hz. Jeszcze w roku 1975 Peslin i wsp. przesunęli ten
zakres do 70 Hz [39]. Lorino opublikował wyniki do 250 Hz [24], Farre [13] wyniki w
zakresie 8-256 Hz a Jackson [20] do 320 Hz. Jednak uŜytecznym zakresem w badaniu układu
oddechowego człowieka, co znalazło swój wyraz w zaleceniach standaryzacyjnych [34] jest
zakres od 4 do 32(48) Hz. Dolna wartość tego zakresu wynika z konieczności odseparowania
najniŜszej częstotliwości od wpływu wyŜszych harmonicznych pochodzących od sygnałów
17
przepływu i ciśnienia generowanych w czasie naturalnego oddychania. Górna – limitowana
jest moŜliwościami torów pomiarowych, a zwłaszcza koniecznością utrzymania wysokiej
wartości współczynnika tłumienia sygnału wspólnego CMMR (common mode rejection ratio)
dla najwyŜszych częstotliwości [5][6][11][12][15][24][38].
RównieŜ w Polsce – od początku lat 90 ubiegłego stulecia prowadzono prace nad techniką
oscylacji wymuszonych. W Oddziale Instytutu Gruźlicy i Chorób Płuc w Rabce Zdroju
początkowo – we współpracy z INSERM Unite 14 i Hopital d’Enfants w Nancy prowadzono
prace nad impedancją przejścia u dorosłych [51][52] oraz zastosowaniem impedancji wejścia
w badaniach układu oddechowego u dzieci [27]. W połowie lat 90-tych zrealizowano projekt
badawczy KBN wprowadzający tę technikę do badań u dzieci z róŜnymi jednostkami
chorobowymi [28][29][50], prowadzono równieŜ prace nad wpływem rytmów dobowych na
wartości wskaźników pochodnych impedancji wejścia [48]. Od 2001 roku IGiChP w Rabce
dysponuje równieŜ sprzętem do pomiarów impedancji wejścia układu oddechowego techniką
oscylometrii impulsowej, co zaowocowało dalszymi publikacjami [33][42][43][44].
W chwili obecnej technikę oscylacji wymuszonej wykorzystuje się juŜ takŜe w innych
ośrodkach w kraju, prowadząc prace nad jej zastosowaniem w grupie dzieci przedszkolnych.
W trakcie realizacji jest wspólny projekt IGiChP w Rabce i III Kliniki Pediatrii Akademii
Medycznej w Białymstoku dotyczący ustalenia wartości naleŜnych dla pomiarów techniką
oscylometrii impulsowej w populacji dziecięcej [33].
2.2 Impedancja wejścia układu oddechowego
Impedancja wejścia (Zin) układu oddechowego mierzona jest zwykle jak w układzie
przedstawionym na (Rys. 2.5). Fala ciśnieniowa generowana jest przez głośnik, moŜe być
monoczęstotliwościowa, lub teŜ moŜe składać się z kilku-kilkunastu fal składowych
(pseudorandom excitation). Stosuje się równieŜ wymuszenia o widmie szumu białego.
Rys. 2.5 Pomiar w układzie standardowym
18
Wymuszenie ciśnieniowe poprzez pneumotachometr (PT) dociera do wylotu dróg
oddechowych i powoduje przepływ powietrza przez drogi oddechowe, mierzony przez
pneumotachometr. Zarejestrowane przebiegi czasowe P(t) i V’(t) poddaje filtracji filtrem
górno-przepustowym o częstotliwości f3dB=1 Hz dla odcięcia części sygnałów pochodzących
od naturalnego oddychania, a następnie wykonuje się transformatę Fouriera (w przypadku
wymuszeń multiczęstotliwościowych) [31].
)(')(')('
)()()(
fVnVtV
fPnPtPFFT
FFT
→→ →→
Następnym krokiem jest oznaczenie gęstości widmowej ciśnienia (GPP), przepływu (GVV)
oraz gęstości widmowej mocy sygnałów ciśnienia i przepływu (GVP):
)()()*()(')(
))(()*(')(')(
))((*)()()(22
22
VPPVVPVP
VVVVVV
ppppPP
ABABjBjBAAfPfVfGVP
BAjBAjBAfVfVfGVV
BAjBAjBAfPfPfGPP
−++==+=−+==
+=−+==
gdzie * - sprzęŜenie
Impedancja wejścia układu oddechowego wyraŜa się wzorem :
))(Im())(Re()(
)()( fZfZ
fGVP
fGPPfZ ininin +==
Analizując powyŜszy wzór widzimy iŜ wartość gęstości GPP, czy GVV nie zawiera
informacji o fazie, informację tą zawiera GVP. Kąt fazowy dla impedancji Zin wyraŜa się w
takiej sytuacji wzorem:
)(
)(1
ByBxAyAx
BxAyByAxtg
+−= −φ
Miarą jakości pomiaru jest współczynnik koherencji, który wyraŜa się wzorem:
)()(
*)()()(2
fGVVfGPP
fGVPfGVPf =γ
W praktyce przyjmuje się Ŝe współczynnik koherencji powinien wynosić minimum 0.95 aby
wynik pomiaru był akceptowalny.
Impedancja Zin ma charakter zespolony. Część rzeczywista Zin (rezystancja)
reprezentuje własności oporowe układu oddechowego, część urojona (reaktancja) niesie w
sobie informację o własnościach elastyczno-bezwładnościowych układu oddechowego.
Na Rys. 2.6 przedstawiono typowy przebieg impedancji wejścia dla zdrowej dorosłej osoby.
19
Rys. 2.6 Typowy przebieg impedancji wejścia Zin dla zdrowej osoby
Zin analizować moŜna jako zestaw wartości R i X dla poszczególnych częstotliwości –
oceniając wartość w punktach wybranych arbitralnie (np. R10, X10, R20, X20). Częściej jednak
do analizy Zin stosuje się modele systemu oddechowego uŜyteczne z punktu widzenia
fizjologii i patologii oddychania oraz konkretnej sytuacji badawczej.
2.3 Modele układu oddechowego stosowane do analizy Zin
Układ oddechowy jest skomplikowanym systemem elementów dającym się sprowadzić
do trzech podstawowych typów: rezystancji, inertancji i elastancji (podatności). UŜywając
analogii pneumatyczno – elektrycznych elementy te róŜnicuje się ze względu na charakter
przemian energetycznych [37]. W rezystancjach następuje dyssypacja energii, zaś elementy
bezwładnościowe magazynują energię kinetyczną, a elastancja (podatność) energię
potencjalną.
Masy tkanek i drogi przewodzące gaz charakteryzują się rezystancją (oporem).Opór dla
przepływu w przypadku gazu jest proporcjonalny do spadku ciśnień i odwrotnie
proporcjonalny do przepływu gazu wywołującego ten przepływ.
'RVP =∆
Dla rury przewodzącej o sztywnych ściankach o długości l, polu przekroju poprzecznego A i
lepkości µ, rezystancja wyraŜa się wzorem:
2
8
A
lR
πµ=
20
Równanie to (Poiseuille’a) jest prawdziwe dla przepływów laminarnych, przy niskich
liczbach Reynolds’a. Dla przepływów oscylacyjnych, w wyŜszych częstotliwościach
zaleŜność ta staje się nieliniowa, opór moŜe wówczas zaleŜeć od częstotliwości, gęstości i/lub
od wartości przepływu.
W drogach oddechowych zaleŜność oporu od przepływu gazu jest nieliniowa, opisana
równaniem Rohrera z 1915r:
'21 VKKR +=
Gdzie |V’| oznacza wartość absolutną przepływu a K1,K2 stałe.
Dla niewielkich zmian przepływu przyjmuje się Ŝe opór dróg oddechowych nie zaleŜy od
przepływu.
W układzie oddechowym rezystancją charakteryzują się drogi oddechowe oraz przestrzenie
ograniczone elastycznymi ściankami (np. tkankami), w tym przypadku moŜna wyznaczyć go
z definicji. Analogiem elektrycznym oporu jest opór elektryczny.
W przypadku płynów (gazu lub cieczy) nielepkich róŜnica ciśnień wzdłuŜ kolumny o
długości l i przekroju poprzecznym A równowaŜona jest przez akcelerację płynu zgodnie z
równaniem wynikającym z równania Newtona:
Inertancja wzrasta więc z długością rury przewodzącej i gęstością gazu, a spada ze
wzrostem przekroju rury. Z równania wynika, Ŝe spadek ciśnienia jest największy przy
gwałtownych zmianach przepływu, zerowy zaś jeśli przepływ jest stały.
W przypadku mas bezwładnych M naraŜonych na istnienie róŜnicy ciśnień, inertancja
zdefiniowana jest równaniem:
2A
MkI =
Odpowiednikiem elektrycznym inertancji jest indukcyjność. W układzie oddechowym
inertancją charakteryzują się drogi oddechowe (akceleracja gazu) oraz struktury tkankowe (co
związane jest z ich bezwładnością).
Dla idealnego płynu róŜnica ciśnień jest wprost proporcjonalna do objętości:
'EVdt
PEVP =∆→=∆ ; gdzie E oznacza elastancję płynu
dt
dVIP
'=∆A
nlI
ρ=gdzie inertancja
n=1 dla przepływu turbulentnego n=4/3 dla przepływu parabolicznego
ρ – gęstość płynu
21
Elastancja jest odwrotnością podatności. Najistotniejszym elementem elastycznym w
układzie oddechowym jest gaz zawarty w układzie oraz elastyczne struktury tkankowe
ograniczające gaz w płucach (drogi oddechowe, miąŜsz płucny, ściana klatki piersiowej).
Przy załoŜeniu, Ŝe mamy do czynienia z gazem idealnym, dla objętości V przy ciśnieniu
absolutnym P, elastancja jest funkcja nieliniową, jednak moŜe być linearyzowana w pobliŜu
punktu (P0,V0) równaniem:
0
0
V
PE β=
Dla analizy danych z pomiaru Zin (przeprowadzanego w zakresie 4..32 i więcej Hz)
konieczne jest juŜ zawarcie w modelu inertancji reprezentującej bezwładność tkanek i gazu
(powietrza). Najczęściej stosowanym i najprostszym modelem jest model 4-elementowy z
zaleŜną od częstotliwości rezystancją systemu oddechowego (Rrs) oraz podatnością (Crs)
i inertancją systemu oddechowego (Irs). Na Rys. 2.8 przedstawiono model, natomiast
na Rys. 2.7 przedstawiono sposób wyliczania współczynników modelu.
Rys. 2.7 Sposób wyliczenia współczynników modelu 4 elementowego
Rys. 2.8 Model 4 elementowy układu oddechowego do analizy Zin
W zaleŜności od metodyki pomiaru determinującej ilość informacji o systemie
oddechowym, od zakresu częstotliwości w którym dokonywany jest pomiar, przyjętego
modelu oraz rodzaju zaburzeń występujących w badanych systemach, moŜliwa jest
identyfikacja współczynników układu oddechowego. Na Rys. 2.9 przedstawiono najczęściej
stosowane modele układu oddechowego. Identyfikacja prowadzi do znalezienia wartości
współczynników tych modeli, a one mają swoistą interpretację fizjologiczną.
22
Rys. 2.9 Wybrane modele układu oddechowego
Gdzie: R – opór, C – podatność, I – inertancja, Rp – opór peryferyjnych dróg oddechowych, Rc – opór
centralnych dróg oddechowych, Cb – podatność ścian oskrzeli, Rt, Ct – parametry tkankowe (tissues),
Raw, Caw – parametry dróg oddechowych, Cg – ściśliwość gazu pęcherzykowego.
Najprostszym modelem stosowanym w analizie mechaniki układu oddychania jest
model RC z Rys. 2.9A w którym płuca reprezentowane są przez jeden elastyczny pęcherzyk o
elastancji E (podatności C) i drogi przewodzące powietrze o oporze R. Model ten stosuje się
w analizie danych z pomiarów klasycznymi technikami (np. pletyzmografia). PoniewaŜ
pomiary odbywają się w częstotliwościach oddechowych (0.1...1Hz), własności
bezwładnościowe są wtedy pomijalne (I=0).
Model B uŜywany jest do analizy wiskoelastycznych właściwości układu
oddechowego które ujawniają się dla częstotliwości nie większych niŜ kilka herców, model
ten dobrze opisuje relaksację skurczu mięsni oddechowych, a rezystancja efektywna w takim
systemie spada wraz z częstotliwością [1].
Do analizy efektów towarzyszącym przewlekłym zmianom w układzie oddechowym u
chorych z bronchopneumopatiami (zaburzeniami obejmującymi drzewo oskrzelowe i tkankę)
uŜywa się modeli C i D które wprowadzają elementy pozwalające analizować problem z
dystrybucją wentylacji (model C), lub teŜ podatność ścian oskrzeli i podział dróg
oddechowych na centralne i peryferyjne dla określenia stopnia i zakresu zmian w drogach
oddechowych [46][49].
Modelu F uŜywa się do analizy danych z pomiarów w przypadku badania własności
mechanicznych całego systemu oddechowego, wiąŜe on z sobą drogi oddechowe, tkanki i gaz
zawarty w pęcherzykach płucnych [9][45][51][52].
23
Następną grupą modeli wykorzystywanych do analizy własności układu oddechowego
jest grupa modeli o parametrach zarówno skupionych i rozłoŜonych [13] które przedstawiono
na Rys. 2.10. Modele te stosuje się do modelowania centralnych dróg oddechowych lub
całego drzewa oskrzelowego. Wykorzystują one cząstkowe równania róŜniczkowe i wyniki
prac nad morfometrią płuc.
Rys. 2.10 Modele o parametrach skupionych i rozłoŜonych
Schemat A z Rys. 2.10 przedstawia model dróg oddechowych w postaci sztywnej rury
o długości l i promieni r. Schemat B przedstawia model z centralnymi drogami oddechowymi
w postaci rury i elastycznymi peryferyjnymi drogami oddechowymi, natomiast C przedstawia
model z drogami oddechowymi w postaci zestawu n rur równoległych.
24
Rys. 2.11 Modele wiskoelastyczne układu oddechowego
Na Rys. 2.11 przedstawiono tzw. wiskoelastyczny model płuc który stosuje się do
analizy zjawisk zachodzących w płucach przy niskich częstotliwościach, gdzie obserwuje się
zaleŜność oporu i podatności od częstotliwości [21].
Model A z Rys. 2.11 jest modelem układu oddechowego z homogenicznym segmentem dróg
oddechowych i stało-fazowym (constant-phase) wiskoelastycznym segmentem tkankowym,
gdzie dla segmentu tkankowego:
=
= −−
ηππα 1
tan2
tan2 11
G
H;
H
G=η
gdzie : G- tłumienie tkanek H- elastancja tkanek
Rys. 2.11 B przedstawia model niehomogeniczny z 2 oddzielnymi segmentami dróg
oddechowych prowadzącymi do identyfikacji inertancji i stało-fazowych parametrów
tkankowych. Model C z Rys. 2.11 to model zawierający dodatkowo podatność Caw dróg
oddechowych. W badaniach fizjologii oddychania stosuje się wszystkie te modele. W
25
zastosowaniach klinicznych, w diagnostyce chorób układu oddechowego stosuje się
wyłącznie modele liniowe o parametrach skupionych.
2.4 Pozatorakalne drogi oddechowe
Z punktu widzenia fizjologii układu oddechowego powietrze doprowadzane jest od
dolnych dróg oddechowych przez tzw. pozatorakalne drogi oddechowe (górne drogi
oddechowe). Górne drogi oddechowe moŜna podzielić na trzy wyodrębnione segmenty: część
nosową, część ustną, oraz część krtaniową.
Rys. 2.12 Schemat górnych dróg oddechowych
Jama nosowa rozpoczyna się nozdrzami przednimi, które są ograniczone przez skrzydła i
przedsionek nosa. Powietrze oddechowe przechodzi przez nozdrza przednie do przedsionka
nosa. Przedsionek nosa pokryty jest skórą zawierającą włosy, gruczoły łojowe i potowe.
Włosy przedsionka zatrzymują grube cząsteczki zanieczyszczeń, które przedostają się z
powietrzem wdechowym, a następnie wychwytywane są przez śluz pokrywający błonę
śluzową i rzęski komórek nabłonka. Przegroda nosa zbudowana z części kostnej i chrzęstnej,
dzieli jamę nosową na połowę prawą i lewą. W ścianach bocznych jamy nosowej znajdują się
trzy małŜowiny nosowe: górna, środkowa i dolna. Pomiędzy tymi małŜowinami, które są
cienkimi blaszkami kostnymi pokrytymi błoną śluzową, wytwarzają się przewody jamy
nosowej. Do przewodów tych w postaci małych otworów uchodzą zatoki przynosowe.
Zatokami nazywamy jamy o róŜnej wielkości wypełnione powietrzem, które znajdują się
wewnątrz niektórych kości czaszki. WyróŜniamy następujące zatoki szczękowe, czołowe,
klinowe i komórki sitowe. Szkielet kostny i chrzęstny nosa oraz małŜowiny i zatoki oboczne
pokrywa błona śluzowa. W błonie śluzowej jamy nosowej wyróŜniamy dwie okolice: pole
węchowe i pole oddechowe. W błonie śluzowej znajdują się liczne gruczoły śluzowe i
surowicze. Jama nosowa przechodzi w część nosową gardła przez nozdrza tylne.
Kształt gardła moŜna porównać do lejkowatej rury, rozszerzonej u góry i przyczepiającej się
do części zewnętrznej podstawy czaszki, u dołu przechodzącej w przełyk. Ściana gardła jest
26
zbudowana z trzech warstw. Warstwę zewnętrzną tworzy tkanka łączna. Błona mięśniowa
stanowi warstwę środkową, błona śluzowa – warstwę wewnętrzną. Tkanka mięśniowa tworzy
mięśnie zwieracze i mięśnie dźwigacze gardła. Gardło dzieli się na trzy części: część górną,
czyli nosową, część środkową i część dolną, czyli krtaniową. Część nosowa gardła ma ścianę
górną, tylną i dwie ściany boczne. W ścianie przedniej znajdują się nozdrza tylne, łączące
jamę gardła z jamą nosową. Na ścianach bocznych części nosowej gardła znajdują się ujścia
gardłowe trąbek słuchowych. W części nosowej gardła znajdują się dwa migdałki.
Nieparzysty migdałek gardłowy zwany równieŜ trzecim, leŜy na granicy ściany górnej i
tylnej. Parzysty migdałek trąbkowy połoŜony jest w okolicy ujścia gardłowego trąbki
słuchowej.
Część ustna gardła i część krtaniowa są ograniczone ścianą tylną i ścianami bocznymi. W
ścianie przedniej części ustnej znajduje się otwór zwany cieśnią gardzieli, a w części
krtaniowej mieści się wejście do krtani. Cieśń gardzieli łączy gardło z jamą ustną, natomiast
wejście do krtani stanowi połączenia gardła z jamą krtani. W gardle krzyŜują się dwie drogi:
droga pokarmowa i droga oddechowa. Powietrze przechodzi od przodu w kierunku krtani,
natomiast pokarm – ku tyłowi do przełyku. Krtań leŜy w połowie długości szyi, niŜej nasady
języka i kości gnykowej, do przodu od części krtaniowej gardła. W dolnym odcinku krtań
przechodzi w tchawicę. W skład krtani wchodzi szkielet utworzony z chrząstek, mięśnie i
błona śluzowa. WyróŜniamy trzy chrząstki parzyste i trzy chrząstki nieparzyste. Szczególnie
dobrze widoczna jest chrząstka tarczowata u męŜczyzn, która składa się z dwóch płytek
ustawionych pod kątem – tworzą one wyniosłość krtaniową. Parzyste chrząstki nalewkowate
mają kształt trójściennego ostrosłupa i leŜą lekko ku tyłowi. Pomiędzy chrząstką tarczowatą a
nalewkowatymi przebiegają więzadła głosowe, wyŜej znajdują się więzadła przedsionkowe.
Błona śluzowa krtani pokrywa więzadła i wytwarzają się fałdy głosowe (struny) i fałdy
przedsionkowe. Przestrzeń zawartą pomiędzy fałdami głosowymi nazywamy szparą głośni.
Pozatorakalne drogi oddechowe charakteryzują się własną impedancją Zuaw, która moŜe być
mierzona podczas pomiaru standardowego z wykorzystaniem manewru Valsalvy
polegającego na świadomy, kontrolowanym zamknięciu głośni.
27
Rys. 2.13 Podział impedancji Zin na część pozatorakalną i impedancję układu oddechowego
W takiej konfiguracji pomiaru głośnia jest zamknięta, mierzona jest wówczas impedancja
która zawiera się w przedziale od ust do głośni.
ao
aouawval V
PZZ
'=≈ ;
Pao oznacza w tym przypadku róŜnicę ciśnień pomiędzy wlotem dróg oddechowym a głośnią;
zaś V’ ao przepływ na tym odcinku.
Impedancję pozatorakalnych dróg oddechowych moŜna równieŜ modelować. Wybór
modelu jest w tym przypadku określony z jednej strony zakresem częstotliwości w którym
dysponujemy danymi, z drugiej zaś konkretną sytuacją badawczą i potencjalnym
zastosowaniem modelu. Najpopularniejsze modele zostaną zaprezentowane w dalszej części
pracy.
2.5 Wpływ pozatorakalnych dróg oddechowych na impedancję wejścia.
Impedancja Zuaw ‘zawarta’ jest w pomiarze impedancji wejścia układu Zin. W
klasycznym układzie pomiarowym wymuszenie zadawane jest na poziomie ust badanego,
wówczas impedancja górnych dróg oddechowych Zuaw i impedancja układu oddechowego Zrs
są mechanicznie równoległe co prezentuje Rys. 2.14.
Rys. 2.14 Układ pomiarowy standardowy
28
Impedancja widziana przez urządzenie pomiarowe jest kombinacją Zrs i Zuaw i wyraŜa
się wzorem:
uawrs
rsuawst ZZ
ZZZ
+= *
Urządzenie pomiarowe PULMOSFOR posiada wewnętrzną korekcję impedancji Zpt
dla pomiaru w konfiguracji standardowej, dlatego teŜ w powyŜszym równaniu nie uwzględnia
się impedancji pneumotachometru Zpt.
Opracowana w połowie lat 80 we Francji modyfikacja pomiaru (z hełmem) [35][36]
umoŜliwia pomiar impedancji oddechowej w sytuacji w której bocznikująca impedancja Zuaw
jest mechanicznie równoległa do impedancji pneumotachometru. Podczas pomiaru z uŜyciem
hełmu otaczającego głowę pacjenta ciśnienie wymuszające jest zadawane wokół głowy
pacjenta, przez co policzki i pozostała część pozatorakalnych dróg oddechowych są
mechanicznie równoległe do przepływomierza (pneumotachometru) (Rys. 2.15).
Rys. 2.15 Układ pomiarowy z hełmem
Mierzona w tym układzie impedancja Zhg wyraŜa się wzorem:
+=
uaw
ptrshg Z
ZZZ 1
NiezaleŜnie więc – od sposobu pomiaru – wartość zmierzonej impedancji Zin zawiera w sobie
impedancję Zuaw, co powoduje – Ŝe mierzone Zin nie jest toŜsame z impedancją systemu
oddechowego Zrs.
Jak ustalono opór pozatorakalnych dróg oddechowych moŜe stanowić około 50% całkowitego
oporu dróg oddechowych [14][18].
29
2.6 Cel i teza pracy
Skoro więc Zuaw wpływa na wartości Zst lub Zhg uzyskiwane z pomiaru – powstaje
pytanie – jaki jest wpływ pozatorakalnych dróg oddechowych na impedancję systemu
oddechowego. Drugą interesującą kwestią jest fakt, iŜ w pomiarach mechaniki oddychania
zaleca się podtrzymywanie policzków dłońmi – co winno skutkować zwiększaniem ich
sztywności (a więc wzrostem impedancji) i w ten sposób minimalizować ich wpływ na
mierzone wartości impedancji układu oddechowego Zrs. Dlatego teŜ waŜna jest odpowiedź na
pytanie jak podtrzymywanie policzków wpływa na Zuaw i mierzone wartości Zrs. Po trzecie
wreszcie, z punktu widzenia fizjologii wartości Zuaw są interesujące „per se” , i pozwalając na
zastosowanie odpowiednich modeli umoŜliwia badanie właściwości pozatorakalnych dróg
oddechowych i ich ewentualne wykorzystanie w innych badaniach.
Niniejsza praca ma na celu :
• ocenę wpływu impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych na mierzoną impedancję
układu oddechowego Zrs w układzie standardowym, będącym podstawową metodą
pomiaru stosowaną w laboratoriach.
• ilościową ocenę impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych u badanych.
• opracowanie metody korekcji impedancji Zin by zminimalizować bocznikujący wpływ
pozatorakalnych dróg oddechowych na mierzoną impedancję układu oddechowego.
Z tak sformułowanego celu pracy wynika teza rozprawy:
Impedancja pozatorakalnych dróg oddechowych jest znaczącym czynnikiem
zaburzającym pomiar impedancji układu oddechowego, a manewr podtrzymywania
policzków zwiększa impedancję pozatorakalnych dróg oddechowych a tym samym zmniejsza
jej wpływ na pomiar impedancji układu oddechowego. JeŜeli znana jest wartość Zuaw,
moŜna korygować pomiar impedancji wejścia układu oddechowego.
W celu udowodnienia tak postawionej tezy podjęte zostały następujące działania:
1. Przeprowadzono pomiary impedancji Zst, Zhg, ZstSTP, Zval, ZvalSTP.
2. Zaprojektowano specjalną maskę, która umoŜliwia pomiar w konfiguracji z
hełmem i podtrzymywaniem policzków ZhgSTP, a co za tym idzie obliczenie
impedancji ZuawSTP i porównanie jej z impedancją mierzoną podczas manewru
Valsalvy z podtrzymywaniem policzków ZvalSTP
30
3. Wartości średnich impedancji Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP posłuŜyły do ilościowej
oceny wpływ podtrzymywania policzków na pomiar impedancji pozatorakalnych
4. Zostały zaproponowane modele impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych
które posłuŜyły do identyfikacji parametrów pozatorakalnych dróg oddechowych
oraz określenia wpływu podtrzymywania policzków na poszczególne parametry
modelu pozatorakalnych dróg oddechowych
5. Przeprowadzono korekcję wartości Zin obliczonymi wartościami Zuaw
31
3 Materiał
3.1 Grupa badana.
Badaniem objęto 19 zdrowych męŜczyzn oraz 10 zdrowych kobiet – ochotników spośród
pracowników i ich rodzin, osoby te charakteryzowały się dobrą sprawnością fizyczną oraz
zostały dobrze przygotowane do wykonywania manewrów oddechowych. Tab. 3.1
przedstawia szczegółową charakterystykę osób biorących udział w badaniach.
Lp. Waga Wzrost Płeć Data ur. Wiek 1 96 185 M 1962-06-09 43 2 95 180 M 1977-05-12 28 3 75 172 M 1963-11-20 42 4 69 176 M 1965-10-26 40 5 60 163 M 1969-04-08 36 6 80 177 M 1976-03-15 29 7 71 185 M 1984-02-06 21 8 100 188 M 1982-12-03 23 9 69 175 M 1979-01-04 26 10 64 173 M 1981-04-23 24 11 78 178 M 1976-07-11 29 12 72 170 M 1980-06-15 25 13 95 182 M 1973-02-06 32 14 82 175 M 1983-04-09 22 15 85 185 M 1975-06-19 30 16 92 179 M 1979-04-12 26 17 99 185 M 1977-07-23 28 18 82 182 M 1968-11-20 37 19 90 183 M 1964-06-28 41 20 92 181 M 1977-09-14 28 21 54 168 K 1978-09-03 27 22 65 164 K 1978-11-12 27 23 73 175 K 1975-12-09 30 24 73 160 K 1971-09-27 34 25 52 158 K 1970-11-20 35 26 57 170 K 1974-01-23 31 27 62 162 K 1961-04-16 44 28 65 168 K 1965-04-27 40 29 51 164 K 1980-08-18 25
Tab. 3.1 Szczegółowa charakterystyka osób biorących udział w badaniu.
Tab. 3.2 przedstawia średnie wartości wzrostu, wagi wieku oraz zakresu wieku, w podziale na
męŜczyzn i kobiety biorących udział w badaniu.
32
Średni wzrost średnia waga średni wiek zakres wieku MęŜczyźni 179 ± 6 82 ± 12 31 ± 7 21-43 Kobiety 165 ± 5 61 ± 8 33 ± 6 25-44 Razem 175 ± 9 76 +- 15 31 ± 7 21-44
Tab. 3.2 Wartości średnie parametrów antropometrycznych w badanej grupie.
Wszyscy biorący udział w badaniu zostali dokładnie poinstruowani o jego przebiegu i
wyrazili zgodę na wzięcie w nim udziału. Pomiary poprzedzono demonstracją manewrów
oddechowych niezbędnych w czasie wykonywania pomiarów.
3.2 Metodyka pomiarów
U kaŜdej z badanych osób przeprowadzono osiem róŜnych pomiarów, kaŜdy z tych
pomiarów był powtarzany przynajmniej trzykrotnie, aby obliczyć wartość średnią pomiaru.
Pod uwagę brane były tylko te wyniki dla których współczynnik koherencji γ2≥0.95.
Pomiar impedancji przeprowadzono przy uŜyciu urządzenia PULMOSFOR
[10][25][26], produkcji francuskiej. Urządzenie jest zestawem pomiarowym wyposaŜonym w
głośnik (AUDAX 100W), generującym falę ciśnieniową, podawaną przez pneumotachometr
wprost do układu oddechowego pacjenta, bądź teŜ podawaną do wnętrza pleksiglasowego
hełmu otaczającego głowę badanego. Fala ciśnieniowa jest tak skonstruowana, Ŝe pierwsze 4
częstotliwości (z 15 składających się na sygnał wymuszający) mają podwyŜszoną amplitudę.
SłuŜy to zwiększeniu stosunku sygnału do szumu i minimalizowaniu wpływu wyŜszych
harmonicznych pochodzących od oddychania naturalnego [4]. Badanie przeprowadzane jest
w zakresie 4-32 Hz, ciśnienie mierzone jest przetwornikiem Honeywell 176 PC±35 hPa,
przepływ mierzony jest pneumotachometrem Fleisch nr.2, wyposaŜonym w róŜnicowy
przetwornik ciśnienia Honeywell 176 PC±2 hPa, o współczynniku tłumienia sygnału
wspólnego (CMMR) >60dB przy 32 Hz. Rejestrowane sygnały (przepływ gazu przez drogi
oddechowe i ciśnienie) po przejściu przez analogowy filtr dolnoprzepustowy (f3dB=40Hz) są
poddawane próbkowaniu z częstotliwością 128 Hz za pomocą 12-bitowej karty przetwornika
analogowo-cyfrowego (Digimetrie PCLab, Francja) i poddawane szybkiej transformacie
Fouriera w blokach po 512 punktów (7 bloków z 50% nakładaniem się). Następnie wyliczana
jest część rzeczywista i urojona impedancji wejścia. Opisane operacje wykonuje
oprogramowanie będące integralna częścią zestawu.
33
3.2.1 Pomiar standardowy bez podtrzymywania policzków.
Pierwszym z pomiarów był pomiar metodą standardową, charakteryzujący się tym iŜ
wymuszenie (fala ciśnieniowa) jest zadawane na poziomie ust badanego przez
pneumotachometr. Wówczas impedancja górnych dróg oddechowych Zuaw i impedancja
układu oddechowego Zrs są równoległe mechanicznie co przedstawia Rys. 3.1.
Rys. 3.1 Schemat zastępczy pomiaru standardowego
Zmierzona impedancja (widziana przez urządzenie pomiarowe) zaleŜy od Zrs i Zuaw i
wyraŜa się wzorem:
uawrs
rsuawst ZZ
ZZZ
+= *
Urządzenie pomiarowe PULMOSFOR posiada wewnętrzną korekcję impedancji Zpt
dla pomiaru w konfiguracji standardowej, dlatego teŜ w powyŜszym równaniu nie uwzględnia
się impedancji Zpt.
3.2.2 Pomiar standardowy z podtrzymywaniem policzków dłońmi
Drugim z pomiarów był pomiar standardowy z podtrzymywaniem policzków, w
którym badany przytrzymywał swoimi dłońmi policzki a kciukami podbródek w taki sposób
aby minimalizować wpływ impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych na pomiar –
minimalizując m.in. drgania i ruchy elastycznych części pozatorakalnych dróg oddechowych
[53].
Mierzona w tej konfiguracji impedancja ZstTP wyraŜa się równaniem 2:
uawTPrsTP
rsTPuawTPstTP ZZ
ZZZ
+= *
34
3.2.3 Pomiar standardowy z podtrzymywaniem policzków przez maskę
Kolejnym pomiarem był pomiarem impedancji standardowej z uŜyciem maski
(Rys. 3.2), która miała symulować podtrzymywanie policzków oraz podbródka przez
badanego. Maskę wykonano z miękkiej gumy wyścielonej od wewnętrznej strony gąbką,
składa się ona z dwóch części, policzkowej oraz podbródkowej [22][23]. Obie części
połączone są za pomocą rzepów.
Rys. 3.2 Maska zastępująca podtrzymywanie policzków dłońmi.
Impedancja ZstSTP mierzona w tej konfiguracji pomiarowej wyraŜa się równaniem :
uawSTPrsSTP
rsSTPuawSTPstSTP ZZ
ZZZ
+= *
Celem pomiaru impedancji ZstSTP było zweryfikowanie poprawnego zaprojektowania
maski, zastępującej podtrzymywanie policzków i podbródka dłońmi (TP).
3.2.4 Pomiary z hełmem bez podtrzymywania policzków
Podczas pomiaru z uŜyciem hełmu otaczającego głowę pacjenta ciśnienie
wymuszające jest zadawane wokół głowy pacjenta, przez co policzki i pozostała część
pozatorakalnych dróg oddechowych są mechanicznie równoległe do przepływomierza.
Rys. 3.3 Schemat zastępczy pomiaru w hełmie
35
Mierzona w tym układzie impedancja Zhg wyraŜa się wzorem:
)1(uaw
ptrshg Z
ZZZ +=
3.2.5 Pomiary z hełmem z podtrzymywaniem policzków przez maskę
W układzie pomiarowym w którym przeprowadzono pomiar impedancji Zhg,
dokonano równieŜ pomiaru w konfiguracji z symulowanym trzymaniem policzków (z
uŜyciem maski). Mierzona w tym układzie impedancja ZhgSTP wyraŜa się wzorem:
+=
uawSTP
ptrsSTPhgSTP Z
ZZZ 1
3.2.6 Metoda wyznaczenia impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych w konfiguracji bez podtrzymywania policzków
Dysponując pomiarami impedancji Zst oraz Zhg (w konfiguracji pomiaru bez
podtrzymywania policzków) moŜna w prosty sposób wyliczyć impedancję pozatorakalnych
dróg oddechowych Zuaw.
+=
+=
uaw
ptrshg
uawrs
rsuawst
Z
ZZZ
ZZ
ZZZ
1
*
sthg
pthgstuaw ZZ
ZZZZ
−+
=)(
3.2.7 Metoda wyznaczenia impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych w konfiguracji z podtrzymywania policzków przez maskę
Analogicznie, dysponując zmierzonymi wartościami impedancji ZstSTP oraz ZhgSTP
(pomiary w konfiguracji z podtrzymywaniem policzków przez maskę) moŜemy wyliczyć
impedancję pozatorakalnych dróg oddechowych ZuawSTP:
36
+=
+=
uawSTP
ptrshgSTP
uawSTPrs
rsuawSTPstSTP
Z
ZZZ
ZZ
ZZZ
1
*
stSTPhgSTP
pthgSTPstSTPuawSTP ZZ
ZZZZ
−+
=)(
3.2.8 Pomiary z wykorzystaniem manewru Valsalvy
Aby zweryfikować obliczenia impedancji Zuaw dodatkowo wykonano pomiar w
konfiguracji standardowej w czasie manewru Valsalvy, otrzymując impedancję Zval. Manewr
Valsalvy polega na kontrolowanym, świadomym zamknięciu głośni wiąŜącym się z
zatrzymaniem oddechu. Pomiar z wykorzystaniem manewru Valsalvy jest trudny do
wykonania i wymaga od badanego znacznego wysiłku. Manewr Valsalvy opisywany jest w
literaturze [3][17][45], jednakŜe wyniki dotyczą pomiarów bez podtrzymywania policzków.
Rys. 3.4 Schemat układu pomiarowego w konfiguracji standardowej przy manewrze Valsalvy
Zamknięcie głośni podczas manewru Valsalvy powoduje wyeliminowanie impedancji
Zrs z pomiaru (Rys. 3.4), mierzona jest wówczas impedancja wejścia do poziomu głośni.
3.2.9 Pomiary z wykorzystaniem manewru Valsalvy z podtrzymywaniem policzków (dłońmi oraz przez maskę)
Dokonano równieŜ pomiaru podczas manewru Valsalvy w dwóch konfiguracjach, z
podtrzymywaniem policzków dłońmi w której zmierzono impedancję ZvalTP, oraz w
konfiguracji z podtrzymywaniem policzków przez maskę w której zmierzono ZvalSTP. Pomiary
te wykonano w celu weryfikacji i porównania obliczonej impedancji ZuawSTP ze zmierzonymi
impedancjami ZvalTP i ZvalSTP.
37
3.2.10 Wyliczenie impedancji Zrs (skorygowanej wartościami Zuaw) z impedancji Zst lub Zhg
Dysponując pomiarami impedancji Zst i Zhg moŜemy obliczyć impedancję
pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw. Impedancja ta moŜe posłuŜyć do skorygowania
mierzonej impedancji Zst. Impedancję Zrs moŜna wyliczyć z pomiaru standardowego Zst:
stuaw
uawstrsstrs
uawrs
rsuawst ZZ
ZZZZ
ZZ
ZZZ
−==→
+=
**
oraz z pomiaru z hełmem:
uaw
pt
hgrshgrs
uaw
ptrshg
Z
Z
ZZZ
Z
ZZZ
+==→
+=
1
1
Ten sposób korekcji ma znaczenie w badaniach laboratoryjnych, kiedy znane są
wartości indywidualne Zuaw. Innym sposobem – jest skorzystanie podczas korekcji ze
średnich wartości Zuaw, określonych dla zdrowej populacji (tak jak ma to miejsce w niniejszej
pracy), lub opracowanie modelu pozatorakalnych dróg oddechowych i wykorzystanie
parametrów modelu w korekcji zmierzonych wartości Zin.
3.2.11 Algorytm identyfikacji
Do celów identyfikacji modelu ( modelu pozatorakalnych dróg oddechowych oraz modelu
układu oddechowego) w pracy wykorzystano algorytm strojonego modelu AMT (Adjusted
Model Technique) [16] którego schemat blokowy przedstawiono na poniŜszym rysunku:
( ) ( )∑=
−+−=n
kkkkk fWfEfWfED
1
22 ))(Im())(Im())(Re()(Re(
Rys. 3.5 Schemat blokowy metody strojenia modelu AMT
38
gdzie :
• E(fk) – wartość oczekiwana impedancji dla próbki k
• W(fk) – wartość rzeczywista impedancji dla próbki k
• n – liczba próbek ( 15 próbek – w zakresie od 4-32 Hz co 2 Hz)
Poszukiwanie minimum kryterium D odbywało się przy wykorzystaniu procedury
minimalizacji funkcji celu wielu zmiennych fmincon dostępnej w pakiecie Matlab [57].
39
4 Wyniki
4.1 Wyniki pomiaru standardowego (Zst) dla jednego z badanych
PoniŜsze wykresy (Rys. 4.1) obrazują wyniki pomiarów impedancji Zst dla jednego z
badanych mierzonej w trzech róŜnych konfiguracjach pomiarowych tj. pomiar standardowy
(Zst), pomiar standardowy z podtrzymywaniem policzków dłońmi (ZstTP) oraz pomiar
standardowy w masce podtrzymującej policzki (ZstSTP). Wartości liczbowe zamieszczone
zostały w aneksie w Tab. 7.1.
Rys. 4.1 Zmierzona impedancja Zst, ZstTP, ZstSTP dla jednego z badanych
Impedancja mierzona w układzie standardowym mieści się w przedziale
od 1.5-3.5 [hPa/l/s], a częstotliwość rezonansowa f0 (X[f 0]=0) zlokalizowana jest w okolicach
10Hz. Wyniki pomiarów są zbieŜne z wynikami literaturowymi [10][17][26][34].
Porównując wartości impedancji ZstTP z impedancją ZstSTP widzimy iŜ maska w
zadawalający sposób spełnia swoją rolę tj. prawidłowo symuluje podtrzymywanie policzków
dłońmi – poniewaŜ róŜnice pomiędzy wartościami impedancji dla podtrzymywania policzków
dłońmi bądź maską – są niewielkie.
Podtrzymywanie policzków dłońmi lub przez maskę w znaczącym stopniu zwiększa
wartość impedancji dla części rzeczywistej. Powiększenie to jest zauwaŜalne w całym
przedziale częstotliwości od 4-32 Hz i wynosi mniej więcej 0.5 [hPa/l/s].
40
4.2 Wyniki z pomiaru standardowego z hełmem (Zhg) dla jednego z badanych
PoniŜsze wykresy (Rys. 4.2) przedstawiają wyniki pomiarów impedancji w hełmie Zhg
dla jednego z badanych mierzonej w dwóch róŜnych konfiguracjach pomiarowych tj. pomiar
w hełmie (Zhg) oraz pomiar w hełmie z maską symulującą podtrzymującą policzków dłońmi
(ZstSTP). Wartości liczbowe zamieszczone zostały w aneksie w Tab. 7.2.
Rys. 4.2 Zmierzona impedancja Zhg, ZhgSTP dla jednego z badanych
Porównując części rzeczywiste impedancji Zhg z impedancją ZhgSTP, dla tego pomiaru
widać iŜ zauwaŜalne róŜnice istnieją w zakresie od 4 -24 [Hz]. PowyŜej częstotliwości 24 Hz
istotnych róŜnic nie ma. Analizując część urojoną widać iŜ róŜnice dla tej konkretnej osoby
zauwaŜalne są dopiero od częstotliwości 20 Hz. Największa róŜnica dla częstotliwości
22 [Hz] i wynosi 1.5 [hPa/l/s].
Jak widać wpływ podtrzymywania policzków na pomiar impedancji w konfiguracji
pomiarowej z hełmem jest zauwaŜalny, jednakŜe nie jest to tak duŜa róŜnica jak w pomiarze
w konfiguracji standardowej (bez hełmu).
41
4.3 Wyniki pomiarów standardowych podczas manewru Valsalvy dla jednego z badanych
Na poniŜszym rysunku (Rys. 4.3) przedstawiono wyniki pomiarów podczas manewru
Valsalvy w trzech róŜnych konfiguracjach pomiarowych tzw. pomiar podczas manewru
Valsalvy (Zval), pomiar podczas manewru Valsalvy z podtrzymywaniem policzków dłońmi
(ZvalTP) oraz pomiar podczas manewru Valsalvy z maska podtrzymującą policzki.(ZvalSTP).
Wartości liczbowe zamieszczone zostały w aneksie w Tab. 7.3.
Rys. 4.3 Wykres impedancji Zval, ZvalTP, ZvalSTP zmierzonej podczas manewru Valsalvy
Jak widzimy na powyŜszych rysunkach (Rys. 4.3) i wartościach w tabeli (Tab. 7.3),
podtrzymywanie policzków zmienia równieŜ impedancje mierzoną podczas pomiaru z
wykorzystaniem manewru Valsalvy. Otrzymane wyniki są zgodne z wynikami literaturowymi
[3][17][45].
Wpływ podtrzymywania policzków na pomiar impedancji podczas manewru Valsalvy
jest znaczący, szczegółowa analiza wpływu podtrzymywania policzków przedstawiona
zostanie w dalszej części pracy.
42
4.4 Średnie wartości impedancji Zst, ZstSTP z odchyleniem standardowym
Na Rys. 4.4 przedstawiono wartości średnie wyników pomiarów impedancji mierzonej
w układzie standardowym w dwóch róŜnych sytuacjach wraz z odchyleniami standardowymi
dla wszystkich badanych osób. Impedancja Zstmean przedstawia średnie wyniki dla pomiaru w
konfiguracji bez podtrzymywania policzków, a ZstSTPmean średnie wyniki dla pomiaru
standardowego w konfiguracji z symulowanym podtrzymywaniem policzków. Wartości
liczbowe zamieszczone zostały w aneksie w Tab. 7.4.
Rys. 4.4 Wykres średniej wartości impedancji Zsmeant, ZstSTPmean z odchyleniami standardowymi
Jak widać, średnie wartości impedancji ZstSTPmean dla 29 badanych wykazują znaczący
wpływ podtrzymywania policzków na impedancje Zstmean. W zakresie od 4-16 [Hz] dla części
rzeczywistej róŜnica utrzymuje się na poziomie 0.5 [hPa/l/s], powyŜej zaobserwowano
zwiększenie róŜnicy nawet do 1 [hPa/l/s]. Dla części urojonej począwszy od 4 Hz gdzie
róŜnica jest prawie niezauwaŜalna, zaobserwować moŜna liniowy wzrost tejŜe róŜnicy, która
dla 32 [Hz] wynosi 0.6 [hPa/l/s]
43
4.5 Średnie wartości impedancji Zhg, ZhgSTP z odchyleniami standardowymi
Na Rys. 4.5 przedstawiono wartości średnie z pomiarów impedancji mierzonej w
układzie z hełmem w dwóch róŜnych konfiguracjach wraz z odchyleniami standardowymi dla
wszystkich badanych osób. Impedancja Zhgmean przedstawia średnie wyniki dla pomiaru w
konfiguracji bez podtrzymywania policzków, a ZhgSTPmean średnie wyniki dla pomiaru
standardowego w konfiguracji z symulowanym podtrzymywaniem policzków. Wartości
liczbowe zamieszczone zostały w aneksie w Tab. 7.5.
Rys. 4.5 Średnia wartość impedancji Zhgmean i ZhgSTPmean
Dla części rzeczywistej róŜnica pomiędzy wartościami Zhgmean a ZhgSTPmean jest
zauwaŜalna, dla zakresu od 4-24 [Hz] w zasadzie jest to stała róŜnica wynosząca około
0.5 [hPa/l/s], w zakresie od 24-32 [Hz] róŜnica ta maleje liniowo, zanikając przy
częstotliwości 32 Hz. Dla części urojonej róŜnice są niewielkie, podtrzymywanie policzków
dłońmi ma mały wpływ na część urojoną impedancji Zhg.
44
4.6 Wartości modułu impedancji Zst i ZstSTP, oraz procentowe zmiany impedancji przy podtrzymywaniu policzków (przy pomocy maski).
Na Rys. 4.6 przedstawiono porównanie wartości średnich modułów impedancji z
pomiarów standardowych (Zstmean) i pomiarów standardowych z symulowanym
podtrzymywaniem policzków dłońmi przez maskę. Podtrzymywanie policzków w
porównaniu z pomiarem standardowym zwiększa moduł impedancji oddechowej.
Rys. 4.6 Wykres średnich modułów Zstmean Rys. 4.7 Względny procentowy zakres zmian Zstmean
Natomiast Rys. 4.7 przedstawia względną procentową zmianę modułu impedancji Zstmean w
stosunku do impedancji ZstSTPmean wyznaczoną z poniŜszej zaleŜności:
%100*)()()(
−
st
stSTPstZMod
ZModZMod
Jak widać dla częstotliwości 4 Hz zmiany są najmniejsze i wynoszą 22,6%, w
przedziale od 4-20 Hz wzrastają gdzie przyjmują największą róŜnicę procentową wynoszącą
62%. W zakresie od 20-32 Hz stosunek zmniejsza się, aby przy częstotliwości 32 Hz przyjąć
wartość 48%.Wartości liczbowe zamieszczone zostały w aneksie w Tab. 7.6.
45
4.7 Wyniki obliczeń impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP z odchyleniami standardowymi dla kobiet i męŜczyzn
Pierwszym krokiem przed przystąpieniem do analizy było zbadanie czy wyliczone
wartości Zuaw i ZuawSTP dla kobiet i męŜczyzn nie róŜnią się między sobą. Na Rys. 4.8 oraz
Rys. 4.9 przedstawione zostały wykresy wyliczonej impedancji Zuaw oraz ZuawSTP dla
populacji męŜczyzn (ZuawmeanMM oraz ZuawmeanSTPMM), oraz dla populacji kobiet (ZuawmeanKK,
ZuawmeanSTPKK). Dla części rzeczywistej impedancja ZuawmeanMM przyjmuje wartość 7.4 [hPa/l/s]
dla 4 Hz, najmniejszą wartość 3.48 [hPa/l/s] przyjmuje dla częstotliwości 14 Hz, a dla
częstotliwości 32 Hz przyjmuje wartość 3.56 [hPa/l/s].
Rys. 4.8 Impedancja ZuawmeanMM, ZuawSTPmeanKK dla grupy męŜczyzn
Rys. 4.9 Impedancja ZuawmeanKK, ZuawSTPmeanKK dla grupy kobiet
46
Natomiast impedancja ZuawmeanKK przyjmuje wartość 11.4 [hPa/l/s] dla 4 Hz,
najmniejszą wartości 3.3 [hPa/l/s] przyjmuje przy częstotliwości 18 Hz, dla 32Hz przyjmuje
wartości 5.56 [hPa/l/s]. Dla impedancji ZuawSTPmeanMM dla części rzeczywistej przyjmuje
wartości od 20.35 [hPa/l/s]dla 4 Hz, do 8.63 [hPa/l/s] dla częstotliwości 32Hz, impedancja
ZuawSTPmeanKK przyjmuje wartości od 23.92 [hPa/l/s] dla 4 Hz, a dla 32 Hz przyjmuje wartość
9.3 [hPa/l/s].
Dla części urojonej reaktancja ZuawmeanMM przyjmuje wartości od -11.83 [hPa/l/s] dla 4
Hz do 2.01 [hPa/l/s] dla 32 Hz, reaktancja ZuawmeanKK wartości od -17.22[hPa/l/s] dla 4 Hz do
2.29 [hPa/l/s] dla 32 Hz. Wartości reaktancji ZuawSTPmeanMM przyjmują wartości od -22.28
[hPa/l/s] dla 4 Hz, do 1.03 [hPa/l/s] dla 32 Hz, natomiast reaktancji ZuawSTPmeanKK wartości od
-24.92 [hPa/l/s] dla 4 Hz do -0.58 [hPa/l/s]. Wartości liczbowe zamieszczono w aneksie w
Tab. 7.9 i Tab. 7.10.Przeprowadzono równieŜ test t-Studenta dla zmiennych niepowiązanych
dla grupy męŜczyzn i kobiet. Wyniki wykazały iŜ wartości Zuaw róŜnią się pomiędzy sobą
istotnie statystycznie dla czterech ostatnich częstotliwości części rzeczywistej Zuaw oraz dla
częstotliwości 10 Hz dla części urojonej Zuaw (wyniki testu przedstawione w Tab. 4.1). Dla
pomiarów z podtrzymywaniem policzków dłońmi test nie wykazał istotnych róŜnic
statystycznych zarówno dla części rzeczywistej jak i urojonej impedancji ZuawSTP.
p dla pomiarów bez podtrzymywania
policzków
p dla pomiarów z podtrzymywaniem
policzków f[Hz]
Re Im Re Im 4 0,074(NS) 0,086(NS) 0,259(NS) 0,287(NS) 6 0,154(NS) 0,199(NS) 0,139(NS) 0,129(NS) 8 0,101(NS) 0,066(NS) 0,344(NS) 0,07(NS) 10 0,409(NS) 0,001(***) 0,241(NS) 0,059(NS) 12 0,405(NS) 0,085(NS) 0,424(NS) 0,194(NS) 14 0,45(NS) 0,038(NS) 0,484(NS) 0,065(NS) 16 0,494(NS) 0,049(NS) 0,168(NS) 0,094(NS) 18 0,222(NS) 0,052(NS) 0,209(NS) 0,469(NS) 20 0,246(NS) 0,41(NS) 0,146(NS) 0,146(NS) 22 0,138(NS) 0,452(NS) 0,448(NS) 0,266(NS) 24 0,069(NS) 0,252(NS) 0,037(NS) 0,276(NS) 26 0,007(**) 0,065(NS) 0,203(NS) 0,295(NS) 28 0,001(***) 0,415(NS) 0,459(NS) 0,191(NS) 30 0,001(***) 0,392(NS) 0,329(NS) 0,116(NS) 32 0,001(***) 0,183(NS) 0,235(NS) 0,14(NS)
Tab. 4.1 Test t-Studenta dla impedancji Zuaw dla grupy męŜczyzn i kobiet
47
Wyniki testu t-Studenta pozwalają – z uwagi na brak róŜnic – potraktować łącznie wyniki
uzyskane dla kobiet i męŜczyzn. W kolejnych analizach - średnie obliczane są dla całej grupy
29 badanych.
4.8 Średnie wartości modułów impedancji Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP dla grupy męŜczyzn oraz kobiet
Rysunki (Rys. 4.10) przedstawiają wykresy średnich modułów impedancji
pozatorakalnych dróg oddechowych dla kobiet (indeks KK) oraz męŜczyzn (indeks MM).
Średnie moduły impedancji ZuawmeanMM i ZuawmeanKK reprezentują średnie obliczone wartości
impedancji z pomiarów standardowych i z hełmem bez symulowanego podtrzymywania
policzków, natomiast średnie moduły impedancji ZuawSTPmeanMM i ZuawSTPmeanKK z
symulowanym podtrzymywaniem policzków. Średnie moduły impedancji ZvalmeanMM oraz
ZvalmeanKK to wartości średnie impedancji zmierzonych podczas pomiaru standardowego z
manewrem Valsalvy bez podtrzymywania policzków dłońmi, natomiast ZvalSTPmeanMM i
ZvalSTPmeanKK w tejŜe samej konfiguracji pomiarowej lecz dodatkowo z trzymaniem policzków
dłońmi.
Rys. 4.10 Porównanie średnich modułów Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP dla kobiet i męŜczyzn.
Jak widać z Rys. 4.10 średnie wartości modułu ZuawmeanMM oraz średnie wartości modułu
ZvalmeanMM nie róŜnią się znacząco, nie ma równieŜ znaczących róŜnic pomiędzy średnimi
wartościami modułów ZuawmeanKK i ZvalmeanKK. Znaczące róŜnice zauwaŜalne są natomiast
pomiędzy modułem ZuawSTPmeanMM i ZvalSTPmeanMM, oraz pomiędzy ZuawSTPmeanKK i ZvalSTPmeanKK,
48
co po części moŜe być spowodowane „niedoskonałością” maski. Wartości liczbowe
zamieszczono w aneksie w Tab. 7.13 i Tab. 7.14.
Wykonano równieŜ test t-Studenta dla porównania średnich modułów impedancji Zuaw
w grupie męŜczyzn i w grupie kobiet biorących udział w badaniach; wyniki zawiera Tab. 4.2:
f[Hz] p dla porównania modułu
Zuaw dla pomiarów bez podtrzymywania policzków
p dla porównania modułu ZuawSTP dla pomiarów z
podtrzymywaniem policzków
4 0,082(NS) 0,244(NS) 6 0,107(NS) 0,13(NS) 8 0,008(**) 0,098(NS) 10 0,099(NS) 0,157(NS) 12 0,216(NS) 0,432(NS) 14 0,18(NS) 0,269(NS) 16 0,238(NS) 0,455(NS) 18 0,411(NS) 0,206(NS) 20 0,267(NS) 0,42(NS) 22 0,148(NS) 0,471(NS) 24 0,071(NS) 0,16(NS) 26 0,005(**) 0,363(NS) 28 0,001(***) 0,256(NS) 30 0,001(***) 0,211(NS) 32 0,001(***) 0,122(NS)
Tab. 4.2 Test t-Studenta dla średnich modułów impedancji Zuaw w grupie kobiet i męŜczyzn
Porównanie testem „t-Studenta” średnich modułów wartości impedancji ZuawSTP nie
wykazało istotnych róŜnic pomiędzy grupą kobiet i męŜczyzn co pozwala na łączne
traktowanie obu grup, natomiast dla modułu impedancji Zuaw wykazał iŜ róŜnice statystyczne
są zauwaŜalne w przedziale od 26 do 32 Hz oraz dla częstotliwości 8 Hz (okolice
częstotliwości rezonansowej) dla modułu Zuaw bez podtrzymywania policzków.
4.9 Wyniki obliczonych średnich wartości impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP oraz Zval i ZvalSTP
Dla uzyskanych wyników, zgodnie ze wzorami (rozdział 3.2.6, 3.2.7) wyliczono
wartości Zuawmean i ZuawSTPmean. Na poniŜszych wykresach (Rys. 4.11) zaprezentowano
wyliczoną średnią impedancję pozatorakalnych dróg oddechowych w konfiguracji bez
podtrzymywania policzków Zuawmean, oraz w konfiguracji z symulowanym podtrzymywaniem
policzków przez maskę ZuawSTPmean. Wartości liczbowe zamieszczone zostały w aneksie w
Tab. 7.7.
Impedancję Zuawmean obliczono wykorzystując dane pomiarowe z dwóch pomiarów,
standardowego Zst, oraz pomiaru w hełmie Zhg, natomiast impedancje ZuawSTPmean z pomiarów
ZstSTP (czyli standardowego z symulowanym podtrzymywaniem policzków) oraz ZhgSTP
49
(pomiaru w hełmie z symulowanym podtrzymywaniem policzków). Obliczone impedancje
wyraŜają się wzorami:
stmeanhgmean
pthgmeanstmeanuawmean ZZ
ZZZZ
−+
=)(;
stSTPmeanhgSTPmean
pthgSTPmeanstSTPmeanuawSTPmean ZZ
ZZZZ
−+
=)(
Rys. 4.11 Wykres impedancji Zuawmean, ZuawSTPmean
Wartości części rzeczywistej impedancji ZuawSTPmean są mniej więcej dwukrotnie
większe od impedancji Zuawmean. Dla części urojonej zaleŜność jest nieco mniejsza. W dalszej
części pracy została zaprezentowana analiza wpływu podtrzymywania policzków na moduł
wyliczonej impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych. Na Rys. 4.12 przedstawiono
wykresy średniej wartości impedancji standardowej mierzonej podczas manewru Valsalvy
bez symulowanego podtrzymywania policzków (Zvalmean) oraz z podtrzymywaniem policzków
przez maskę (ZvalSTPmean). Wartości liczbowe zamieszczone zostały w aneksie w Tab. 7.8.
Rys. 4.12 Impedancja Zvalmean i ZvalSTPmean
50
Jak widać na powyŜszych wykresach impedancja mierzona Zvalmean róŜni się
zasadniczo od impedancji ZvalSTpmean zarówno dla części rzeczywistej dla której wartości
impedancji Zval zawierają się w przedziale od 2.9 do 6.8 [hPa/l/s], a dla impedancji
ZvalSTPmean w przedziale 8-13 [hPa/l/s]. Dla części urojonej impedancja Zvalmean przyjmuje
wartości od -20 do 1.8 [hPa/l/s], natomiast ZvalSTPmean od -59 do -8 [hPa/l/s].
4.10 Ilościowa analiza impedancji Zuaw oraz impedancji Zval
Rys. 4.13 Względna i bezwzględna zmiana modułów Zuaw i Zval
Wykresy (Rys. 4.13) prezentują względne zmiany obliczonego modułu impedancji
Zuaw oraz zmierzonego modułu Zval. Stosunki modułów Mod(Zuaw)/Mod(ZuawSTP) oraz
Mod(Zval)/Mod(ZvalSTP), pozwalają na ilościowe określenie wpływu podtrzymywania
policzków na wartość Zuaw i Zval. Wpływ podtrzymywania policzków na Mod(Zuaw) jest
znaczący, dla częstotliwości 4 Hz względna zmiana procentowa ma wartość 94.8%, a
stosunek 51.4%, natomiast względna zmiana Mod(Zval) wynosi 153.76 a stosunek wartości
39.4%. Największe wartości względnej zmiany a najmniejsze stosunki zaobserwować moŜna
dla częstotliwości 20 Hz; względna zmian Mod(Zuaw) wynosi 186.4% a stosunek 34.9%,
natomiast względna zmiana Mod(Zval) wynosi 278.0% a stosunek 26.5%. Dla częstotliwości
32 Hz względna zmiana Mod(Zuaw) wynosi 87.1%, stosunek 53.5%, za to względna zmiana
Mod(Zval) wynosi 92.6% a stosunek 51.9%.Wartości liczbowe zamieszczono w aneksie w
Tab. 7.11.
51
4.11 Średnie moduły impedancji Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP Na Rys. 4.14 przedstawiono wykresy średnich modułów obliczonych impedancji
pozatorakalnych dróg oddechowych mierzonych w dwóch konfiguracjach pomiarowych: bez
podtrzymywania policzków ModZuawmean, oraz z symulowanym podtrzymywaniem policzków
ModZuawSTPmean. Dodatkowo zamieszczono wykresy średniej wartości modułów impedancji
mierzonej podczas manewru Valsalvy bez podtrzymywania policzków (ModZvalmean), oraz z
podtrzymywaniem policzków symulowanym przez maskę (Mod(ZvalSTPmean).
Rys. 4.14 Moduł średnich wartości Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP
Wyniki obliczeń wykazują, Ŝe podtrzymywanie policzków (zgodnie z oczekiwaniami)
zwiększa wartość modułu Zuaw. Wykonane pomiary pozwalają na ilościowe określenie
wpływu podtrzymywania policzków na wartość ModZuaw i stopień zaburzenia informacji z
pomiaru. Jak widać z Rys. 4.14 nie ma znaczących róŜnic pomiędzy modułem impedancji
Zvalmean zmierzonej w czasie manewru Valsalvy a modułem impedancji Zuawmean wyliczonej z
pomiarów Zst i Zhg. Potwierdza to tezę iŜ moŜna obliczyć Zuaw z dwóch pomiarów tj.
standardowego i pomiaru w hełmie, oraz Ŝe pomiary te zostały przeprowadzone prawidłowo.
Porównując moduł impedancji ZvalSTPmean (w czasie manewru Valsalvy z symulowanym
podtrzymywaniem policzków) z modułem impedancji ZuawSTPmean (impedancji wyliczonej z
pomiarów ZstSTP oraz ZhgSTP) zauwaŜamy większe róŜnice, które po części mogą być
spowodowane „niedoskonałością” maski podtrzymującej policzki. Wartości liczbowe
zamieszczono w aneksie w Tab. 7.12.
52
4.12 Modelowanie impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP –modelem 3 elementowym
Na Rys. 4.16 przedstawiono wykresy dopasowania wartości impedancji
pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw oraz ZuawSTP do modelu RLC który jest
najprostszym moŜliwym modelem, mogącym posłuŜyć do analizy impedancji
pozatorakalnych dróg oddechowych. Model przedstawiono na Rys. 4.16.
Rys. 4.15 Model RLC impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych
Rys. 4.16 Dopasowanie wartości impedancji Zuaw oraz ZuawSTP opisanych modelem RLC
Impedancja R
[hPa/l/s] L
[hPa/l/s2] C
[l/hP] D
Zuaw 4.5464 0.019043 0.0027121 27.6859
ZuawSTP 11.0175 0.0099128 0.0015134 152.0249
ZuawSTP vs. Zuaw 242% 52% 55% Tab. 4.3 Wartości współczynników modelu RLC dla impedancji Zuaw oraz ZuawSTP.
Jak widać na Rys. 4.16 model ten nie opisuje nieliniowej zaleŜności od częstotliwości,
zauwaŜalnej w niŜszych częstotliwościach dla części rzeczywistej. Analizując Tab. 4.3,
widzimy iŜ podtrzymywanie policzków powoduje wzrost współczynnika R (niemal 2.5
krotnie) oraz zmniejszenie współczynników L i C (niemal o połowę). W Tab. 4.3
zamieszczono równieŜ współczynnik dopasowania (D) dla impedancji Zuaw i ZuawSTP który
szczegółowo został opisany w rozdziale 3.2.11. Widzimy iŜ współczynnik dopasowania (błąd
dopasowania) dla impedancji Zuaw jest wyraźnie mniejszy od współczynnika dopasowania
R –opór pozatorakalnych dróg oddechowych L – inertancja pozatorakalnych dróg oddechowych C – podatność pozatorakalnych dróg oddechowych
53
impedancji ZuawSTP co oznacza, Ŝe podtrzymywanie policzków pogarsza jakość dopasowania
danych pomiarowych do modelu RLC. Spowodowane jest to charakterem impedancji ZuawSTP
dla części rzeczywistej w przedziale częstotliwości od 4 do 12 Hz.
4.13 Modelowanie impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP –modelem 6 elementowym [19]
Na Rys. 4.18 przedstawiono wykresy z dopasowania wartości impedancji
pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw oraz ZuawSTP do modelu 6 elementowego
przedstawionego na Rys. 4.17. Model ten oparty jest o analizę anatomii pozatorakalnych dróg
oddechowych i uwzględnia parametry ścian górnych dróg oddechowych (z załoŜenia
elastycznych), ściśliwość gazu zawartego w przestrzeni ograniczonej przez pozatorakalne
drogi oddechowe i opór pozatorakalnych dróg oddechowych, oraz ich inertancję - związaną z
masą tkanek [19].
Rys. 4.17 Model 6 elementowy impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych
Rys. 4.18 Dopasowanie wartości impedancji Zuaw i ZuawSTP opisanych sześcioelementowym modelem
Cgua – pojemność gazu w części ustnej Ruaw – opór ścian górnych dróg oddechowych Luaw – inertancja górnych dróg oddechowych Cuaw – podatność górnych dróg oddechowych Rua – opór górnych dróg oddechowych Lua – inertancja górnych dróg oddechowych
54
Cgua
[l/hP] Ruaw
[hPa/l/s] Luaw
[hPa/l/s2] Cuaw [l/hP]
Rua [hPa/l/s]
Lua [hPa/l/s2]
D
Model Zuawmean 0.0025021 48.6676 0.00027518 0.016264 3.7939 0.020558 9.17
Model ZuawSTPmean 0.0011753 56.6246 0.0020931 0.0028621 8.6662 0.018851 25.0125
Zuawmean vs. ZuawSTPmean 46,7% 116% 760% 17% 228% 91% Tab. 4.4 Współczynniki modelu 6 elementowego dla impedancji Zst i ZstSTP.
Analizując Tab. 4.4 widzimy iŜ dla modelu ZuawSTP współczynnik podatnościowy Cgua
maleje w stosunku do modelu Zuaw dwukrotnie, opór ścian górnych dróg oddechowych Ruaw
wzrósł o 10 %, inertancja Luaw wzrosła niemal ośmiokrotnie, elastancja Cuaw zmalała znacząco
i wynosi niecałe 20% wartości Cuaw dla modelu Zuaw. Opór Rua wzrósł dwukrotnie, a
inertancja Lua zmalała o 10 %. Model ten w porównaniu do modelu RLC w dobrym stopniu
dopasowuje się do charakterystyki częstotliwościowej impedancji Zuaw. Dla modelu Zuaw błąd
wyniósł 9.17 [hPa/l/s] i jest prawie 3 krotnie mniejszy od błędu dopasowania dla modelu
ZuawSTP, oznacza to iŜ podtrzymywanie policzków powoduje pogorszenie jakości
dopasowania danych pomiarowych do modelu sześcioelementowego.
4.14 Modelowanie impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw, ZuawSTP – modelem 5 elementowym [26]
Na Rys. 4.20 przedstawiono wykresy z dopasowania wartości impedancji
pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw oraz ZuawSTP do modelu 5 elementowego
przedstawionego na Rys. 4.19. Model ten zakłada iŜ pozatorakalne drogi oddechowe Zuaw
składają się z impedancji Zm w której w skład wchodzą usta i cześć gardła oraz dwóch
identycznych gałęzi impedancji Zua które mają bocznikujący wpływ na impedancję Zm [26].
Rys. 4.19 Model 5 elementowy impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych
Rm – opór ust i części gardła Lm – inertancja ust i części gardła Ruaw – opór ścian górnych dróg oddechowych Luaw – opór ścian górnych dróg oddechowych Cuaw – podatność ścian górnych dróg oddechowych
55
Rys. 4.20 Dopasowanie wartości impedancji Zuaw i ZuawSTP opisanych pięcioelementowym modelem.
Ruaw
[hPa/l/s] Luaw
[hPa/l/s2] Cuaw [l/hP]
Rm [hPa/l/s]
Lm [hPa/l/s2]
D
Model Zuawmean 4.7059 0.0274 0.0019 33.5501 0.0001 10.6162
Model ZuawSTPmean 11.5993 0.0340 0.0009 55.5551 0.0003 83.6767
ZuawSTPmean vs. Zuawmean 246% 124% 47% 165% 300% Tab. 4.5 Współczynniki modelu 5 elementowego dla impedancji Zuaw i ZuawSTP.
Tab. 4.5 zawiera wartości współczynników dopasowania do modelu
5-elementowego, jak widzimy parametry modelu ZuawSTP w porównaniu do modelu Zuaw
kształtują się następująco: opór Ruaw wzrósł 2.5 krotnie, Luaw wzrosło o 24% a Cuaw zmalał
dwukrotnie, natomiast parametry impedancji ust i gardła kształtują się następująco: Rm wzrósł
o 65%, Lm wzrósł trzykrotnie. Podobnie jak dla modelu sześcioelementowego
podtrzymywanie policzków pogarsza współczynnik dopasowania D (wzrost około
ośmiokrotny).
4.15 Porównanie zmian pomiędzy Zst i ZstSTP dla modelu 4 elementowego
Na Rys. 4.22 przedstawiono wykresy z dopasowania wartości impedancji otrzymanej
z pomiaru standardowego Zst oraz pomiaru standardowego z symulowanym
podtrzymywaniem policzków ZstSTP do modelu 4 elementowego przedstawionego
na Rys. 4.21.
Rys. 4.21 Model 4 elementowy układu oddechowego
56
Rys. 4.22 Dopasowanie wartości impedancji Zst i ZstSTP opisanych czteroelementowym modelem
R0 [hPa/l/s]
S [hPa/l/s2]
L [hPa/l/s2]
C [l/hP]
Model Zst 1.7592 -0.0005 0.0083 0.0312 Model ZstSTP 2.1424 0.0029 0.0120 0.0326 ZstSTP(Zst)% 121% -580% 144% 104%
Tab. 4.6 Współczynniki modelu 4 elementowego dla impedancji Zst i ZstSTP
Model 4 elementowy jest najpopularniejszym modelem słuŜącym do interpretacji
parametrów układu oddechowego w którym R0 opisuje rezystancję układu oddechowego dla
częstotliwości f=0[Hz], L określa inertancję układu oddechowego, C podatność układu
oddechowego a współczynnik S opisuje zaleŜność oporu od częstotliwości. Tab. 4.6 zawiera
wartości współczynników modelu 4-elementowego dla impedancji Zst, oraz impedancji ZstSTP.
Widać iŜ podtrzymywanie policzków ma wpływa na wartości współczynników modelu.
4.16 Korekcja Zrs, ZrsSTP wartościami średnimi Zuaw, ZuawSTP
Na Rys. 4.23 przedstawiono wykresy impedancji Zstmean, Zhgmean oraz wyliczone z
poniŜszych wzorów impedancje układu oddechowego Zrs. W pierwszym przypadku
impedancja Zrs_st obliczona została z poniŜszego wzoru, gdzie korygowanymi wartościami
były średnie wartości impedancji z pomiarów standardowych wartościami średnimi
impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuawmean [41].
stuawmean
uawmeanststrs
ZZ
stuaw
uawstrs ZZ
ZZZ
ZZ
ZZZ uawmeanuaw
−= →
−= →
_
57
Rys. 4.23 Wartości impedancji Zrs_st, Zrs_hg, Zst, Zhg.
W drugim przypadku impedancja Zrs_hg obliczona została z zamieszczonego poniŜej wzoru:
uawmean
pt
hghgrs
ZZ
uaw
pt
hgrs
Z
Z
ZZ
Z
Z
ZZ uawmeanuaw
+= →
+= →
11_
który otrzymano ze wzoru na impedancje w konfiguracji pomiarowej w hełmie, w tym
przypadku równieŜ korygowano średnimi wartościami impedancji pozatorakalnych dróg
oddechowych Zuaw. Jak widać z Rys. 4.23 nie ma zauwaŜalnych róŜnic pomiędzy impedancją
Zrs_st i impedancją Zrs_hg. Wartości liczbowe zamieszczono w aneksie w tabeli Tab. 7.15.
Rys. 4.24 Wartości impedancji ZrsSTP_st, ZrsSTP_hg, ZstSTP, ZhgSTP.
Rys. 4.24 przedstawia wykresy impedancji ZstSTP, ZhgSTP oraz wyliczone impedancje
układu oddechowego ZrsSTP_st, ZrsSTP_hg. Impedancje te obliczono wykorzystując te same
wzory którymi obliczono impedancje Zrs_st i Zrs_hg, wykorzystano jednak pomiary STP czyli z
symulowanym podtrzymywaniem policzków. Jak widać z Rys. 4.24 róŜnice pomiędzy
58
mierzonymi impedancjami ZstSTP, ZhgSTP są mniejsze niŜ dla pomiarów bez podtrzymywania
policzków, róŜnice pomiędzy wyliczonymi impedancjami ZrsSTP_st oraz ZrsSTP_hg są
praktycznie niezauwaŜalne. Wartości liczbowe zawiera Tab. 7.16 w aneksie.
4.17 Porównanie współczynników modelu czteroelementowego układu oddechowego Zrs obliczonego z Zst (Zrs_st) i Zhg (Zrs_st)
Na Rys. 4.25 przedstawiono wyniki dopasowania modelu czteroelementowego do
impedancji Zrs_hg oraz Zrs_st, a na Rys. 4.26 wyniki dopasowania modelu czteroelementowego
do charakterystyki częstotliwościowej impedancji ZrsSTP_st i ZrsSTP_hg (dla pomiarów z
symulowanym podtrzymywaniem policzków STP). Impedancje te otrzymano wykorzystując
poniŜsze wzory:
uaw
pt
hghgrs
Z
Z
ZZ
+=
1_
uawst
uawststrs ZZ
ZZZ
−=
*_
gdzie: Zrs_st – impedancja układu oddechowego wyliczona z wzoru na Zst. Zrs_hg – impedancja układu oddechowego wyliczona z wzoru na Zhg
(Indeks STP oznacza pomiar z wykorzystaniem maski)
Rys. 4.25 Dopasowanie modelu czteroelementowego do impedancji Zrs_st i Zrs_hg
Rys. 4.26 Dopasowanie modelu czteroelementowego do impedancji ZrsSTP_st i ZrsSTP_hg
59
Model R0
[hPa/l/s] S
[hPa/l/s2] L
[hPa/l/s2] C
[l/hP] Zrsst 1.9442 0.0010 0.0186 0.0247 Zrshg 1.9632 0.0007 0.0186 0.0246
ZrsSTPst 2.4740 -0.00001 0.0203 0.0257 ZrsSTPhg 2.4726 0.0004 0.0203 0.0259 Tab. 4.7 Współczynniki modeli impedancji Zrs, ZrsSTP
Tabela Tab. 4.7 zawiera współczynniki dopasowania dla modelu 4 elementowego, jak
widzimy nie ma praktycznie róŜnic pomiędzy impedancjami Zrs_st a Zrs_hg, podobne konkluzje
moŜna wysnuć dla impedancji ZrsSTP_st i ZrsSTP_hg.
4.18 Porównanie Zrs_st (impedancji układu oddechowego obliczonego z wzoru na Zst) i Zrs_hg (impedancji układu oddechowego obliczonego z wzoru na Zhg) z impedancją Zst i Zhg
PoniŜszy wykres (Rys. 4.27) przedstawia procentowe porównanie impedancji Zrs_st
(wybrano Zrs_st poniewaŜ nie ma zasadniczych róŜnic pomiędzy Zrs_hg a Zrs_st dla badanej
grupy) z impedancją mierzoną w konfiguracji standardowej (Zst) oraz z impedancją mierzoną
w konfiguracji z hełmem (Zhg). Na wykresach zaprezentowano stosunek Zst/Zrs oraz stosunek
Zhg/Zrs, 100% wartości stanowi impedancja Zrs_st, wartości liczbowe zamieszczono w aneksie
w Tab. 7.17. Jak widać dla części rzeczywistej wartość Zst jest niedoszacowana w stosunku do
wartości Zrs_st, natomiast wartość Zhg w stosunku do Zrs_st jest przeszacowana.
Rys. 4.27 Zmiana Zst, Zhg w stosunku do Zrs_st dla części rzeczywistej i urojonej.
60
Rys. 4.28 Zmiana ZstSTP, ZhgSTP w stosunku do ZrsSTP_st dla części rzeczywistej i urojonej.
Rys. 4.28 przedstawia zmianę impedancji ZstSTP i ZhgSTP w stosunku do ZrsSTP_st, 100%
wartości stanowi na tych wykresach impedancja ZrsSTP_st. Jak widać impedancja ZstSTP dla
części rzeczywistej w przedziale częstotliwości od 4-18 Hz jest niedoszacowana, powyŜej tej
częstotliwości wartości ZstSTP są większe od wartości impedancji ZrsSTP_st. ZstSTP dla 4 Hz
tanowi 91% wartości ZrsSTP, a dla częstotliwości 32Hz 106% wartości ZrsSTP_st. Impedancja
ZhgSTP niemalŜe w całym zakresie częstotliwości (bez częstotliwości 18 Hz) jest
przeszacowana jednakŜe w niewielkim stopniu około 2 %. Po stronie części urojonej widzimy
iŜ ZstSTP stanowi średnio 55 % wartości ZrsSTP_st w przedziale od 12-32 Hz, natomiast ZhgSTP w
tym samym przedziale większe jest tylko o około 10% od wartości ZrsSTP_st. Wartości
liczbowe przedstawiono w aneksie w Tab. 7.17.
Rys. 4.29 Zmiana Zrs_st w stosunku do ZrsSTP_st dla części rzeczywistej i urojonej
61
Na Rys. 4.29 przedstawiono procentowe porównanie wyliczonych impedancji Zrs_st z
impedancją ZrsSTP_st (100% wartości stanowi wartość impedancji ZrsSTP_st). Wartości liczbowe
przedstawiono w Tab. 7.18 w aneksie.
Jak widać wpływ podtrzymywania policzków (STP) na impedancje Zrs jest znaczny,
dla częstotliwości 4 Hz dla wartości rzeczywistych wynosi 83% wartości ZrsSTP_st, najmniejszą
wartość 74% przyjmuje dla częstotliwości 18 Hz, a najbliŜej wartości ZrsSTP jest przy
częstotliwości 32Hz i wynosi 92%. Dla części urojonej w zakresie częstotliwości od 18 Hz do
32 Hz moŜna powiedzieć Ŝe stanowi około 90% wartości ZrsSTP.
4.19 Porównanie Zrs_st (impedancji układu oddechowego obliczonego ze wzoru na Zst) z impedancją Zhg (pomiar w hełmie) i impedancją ZstTP (pomiar standardowy z podtrzymywaniem policzków dłońmi)
Na Rys. 4.30 przedstawiono porównanie wartości impedancji Zrs_st
(impedancji układu oddechowego korygowanego wartościami Zuaw), ZstTP (impedancji
mierzonej w konfiguracji standardowej z podtrzymywaniem policzków dłońmi), oraz
impedancji Zhg (pomiaru w konfiguracji z hełmem bez podtrzymywania policzków dłońmi).
Rys. 4.30 Wartości impedancji Zrs_st, ZstTP, Zhg.
62
5 Dyskusja
W pomiarach FOT największym problemem zawsze była ocena wpływu
pozatorakalnych dróg oddechowych na impedancję systemu oddechowego oraz ewentualne
sposoby rozwiązania wpływu Zuaw na wyniki pomiarów Zrs. Ma to znaczenie – przynajmniej z
kilku powodów: po pierwsze – w ocenie wpływu zjawisk niekorzystnych (np. choroby) –
interesujący jest stopień zaburzenia własności układu oddechowego – a nie innych
fizjologicznych segmentów. Po drugie – w przypadku istnienia pewnej dynamiki zjawisk (np.
rozwoju choroby, lub teŜ jej remisji) – waŜniejsze z punktu widzenia medycznego są
własności układu oddechowego (np. miejsce, charakter i stopień obturacji – czy własności
elastyczne tkanek).
Jednak dla badaczy układu oddechowego - lub badaczy zjawisk fizjologicznych w
organizmie człowieka pozatorakalne drogi oddechowe stanowią potencjalne źródło
zainteresowania. W rzadkich przypadkach – mogą same stać się źródłem patologii – np. w
tzw. zespole UAR (upper airways resistance – zwiększonego oporu górnych dróg
oddechowych) zmiany Zuaw prowadzą do ograniczenia przepływów wdechowych. Próba
pomiaru ich właściwości i zastosowanie odpowiednich modeli mogą pomóc w zrozumieniu
zjawisk prowadzących do patologicznych zmian w ich obrębie.
Kolejnym aspektem – interesującym z punktu widzenia fizjologii i patologii układu
oddechowego jest odseparowanie wpływu Zuaw na układ oddechowy. Z literatury wiadomo –
Ŝe jeśli pomiar wykonywany jest w układzie standardowym (jak na Rys. 2.5.1) wpływ Zuaw
jest tym większy – im większa jest impedancja układu oddechowego Zrs badanej osoby. W
krańcowych przypadkach, przy wysokich wartościach impedancji Zrs (jak to ma miejsce w
chorobach obturacyjnych przy cięŜkim stanie pacjentów) impedancja Zst widziana przez
urządzenie moŜe stanowić połowę rzeczywistej wartości Zrs (gdyby hipotetycznie doszło do
sytuacji w której Zuaw = Zrs). PoniewaŜ w laboratoriach badań czynnościowych układu
oddechowego pomiarów dokonuje się znacznie częściej u ludzi chorych niŜ zdrowych,
ewentualna korekcja wpływu Zuaw jest bardzo istotna.
Wyniki zaprezentowane w poprzednim rozdziale pokazują iŜ wpływ pozatorakalnych
dróg oddechowych przy pomiarze impedancji wejścia (Zin) układu oddechowego jest
znaczący i nie moŜe być pomijalny.
Problem minimalizowania wpływu Zuaw na Zrs próbowano rozwiązać mierząc
admitancję układu oddechowego. Jednak wysoki stopień skomplikowania analizy danych
63
admitancyjnych spowodował zaniechanie prac – i jedyną moŜliwością jest oddziaływanie na
Zuaw. Z uwagi na t o, Ŝe - uŜywając terminologii z elektrotechniki – rozpływ prądów zaleŜy od
stosunku Zuaw/Zrs – wpływ Zuaw moŜna albo minimalizować (przez podniesienie wartości
impedancji Zuaw – realizowane przez podtrzymywanie policzków dłońmi) albo wyeliminować
go – jeśli wartość Zuaw jest znana.
W przypadku pomiaru standardowego Zst impedancja pozatorakalnych dróg
oddechowych Zuaw jest mechanicznie równoległa do impedancji układu oddechowego Zrs
(Rys. 3.1). Wyniki pomiarów impedancji Zst, ZstTP (indeks TP - podtrzymywanie policzków
dłońmi), które przedstawiono w poprzednim rozdziale są zbieŜne z wynikami literaturowymi
[17][26][56]. Dla zapewnienia identycznych warunków pomiarowych a przez to moŜliwości
wiarygodnego porównania mierzonych impedancji w konfiguracji standardowej z
podtrzymywaniem policzków i w konfiguracji z hełmem z podtrzymywaniem policzków
zaprojektowano maskę symulującą podtrzymywanie policzków dłońmi (nie ma moŜliwości w
konfiguracji z hełmem przeprowadzenia pomiaru z podtrzymywaniem policzków dłońmi).
Wartości impedancji ZstTP i ZstSTP są sobie niemalŜe równie, co wskazuje na to iŜ maska
dobrze spełnia swoją role zastępując podtrzymywanie policzków dłońmi (Rys. 2.4).
W opracowaniach standaryzacyjnych [2][34] znajdujemy informację, iŜ w celu
minimalizacji wpływu impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych na impedancję
mierzoną Zst zaleca się podtrzymywanie policzków. Podtrzymywanie policzków zwiększa
impedancje Zuaw, a co za tym idzie w konfiguracji standardowej zmniejsza wpływ Zuaw na Zrs
poniewaŜ Zuaw jest równoległe do Zrs.
f[Hz] Re
[hPa/l/s] Im
[hPa/l/s] 4 0,51 0,04 6 0,54 0,19 8 0,54 0,21 10 0,52 0,24 12 0,54 0,41 14 0,64 0,46 16 0,71 0,52 18 0,83 0,49 20 0,89 0,58 22 0,96 0,48 24 0,93 0,53 26 0,89 0,56 28 0,98 0,62 30 1,01 0,62 32 1 0,66
Tab. 5.1 RóŜnica wartości impedancji Zstmean-ZstSTPmean
64
Analizując wyniki zamieszczone w poprzednim rozdziale z porównania impedancji Zst
i ZstSTP widać bezpośrednio wpływ podtrzymywania na impedancję Zst, a pośrednio wpływ
impedancji Zuaw na pomiar Zst (pośrednio poniewaŜ podtrzymywanie policzków ma
minimalizować wpływ Zuaw na Zst). RóŜnice pomiędzy Zst i ZstSTP dla badanej grupy
przedstawia tabela (Tab. 5.1) a stosunek modułów przedstawia tabela zamieszczona w aneksie
(Tab. 7.6).
W Tab. 4.6 zamieszczone zostały parametry dopasowania do modelu 4 elementowego
dla średniej wartości impedancji badanej grupy Zst i ZstSTP. Wpływ podtrzymywania
policzków jest widoczny: opór R0 wzrasta o 21%, inertancja L w tym modelu wzrasta o 44%,
a współczynnik C wzrasta o 4%. Przeprowadzono równieŜ test t-Studenta dla impedancji Zst i
ZstSTP, wyniki zamieszczono w Tab. 5.2, wyniki potwierdzają iŜ róŜnice pomiędzy Zst i ZstSTP
(zarówno dla części rzeczywistej jak i urojonej) są róŜnicami istotnymi statystycznie.
t-Studenta dla Zst i ZstSTP
t-Studenta dla Zhg i Zst f[Hz]
Re Im Re Im 4 0,001(***) 0,309(NS) 0,008(***) 0,079(NS) 6 0,001(***) 0,002(**) 0,002(**) 0,001(***) 8 0,001(***) 0,001(***) 0,002(**) 0,001(***) 10 0,001(***) 0,002(**) 0,003(***) 0,001(***) 12 0,001(***) 0,001(***) 0,027(*) 0,001(***) 14 0,001(***) 0,001(***) 0,01(***) 0,001(***) 16 0,001(***) 0,001(***) 0,007(***) 0,001(***) 18 0,001(***) 0,001(***) 0,069(NS) 0,001(***) 20 0,001(***) 0,001(***) 0,002(**) 0,001(***) 22 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 24 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 26 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 28 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 30 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 32 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***)
Tab. 5.2 Test t-Studenta dla impedancji Zst i ZstSTP oraz Zhg i Zst
Metoda pomiaru w konfiguracji z hełmem została opracowana w celu minimalizacji
wpływu impedancji Zuaw na wynik pomiaru Zrs. W metodzie tej impedancja Zrs nie jest juŜ
mechanicznie równoległa do impedancji Zuaw, w tym przypadku jest równoległa do
impedancji Zpt którą nota bene znamy. Wyniki pomiarów impedancji Zhg i ZhgSTP są zbieŜne z
wynikami pomiarów znajdowanymi w literaturze [25][29] dla grupy zdrowych osób.
Porównanie impedancji Zst z impedancją Zhg moŜemy znaleźć w literaturze [17], wyniki
naszych eksperymentów są podobne. W Tab. 5.3 przedstawiono wartość róŜnic (Zst-Zhg)
65
oraz (Zhg –ZstSTP), wynika z nich, iŜ podtrzymywanie policzków zmniejsza róŜnice pomiędzy
pomiarem standardowym a pomiarem w hełmie.
Re[hPa/l/s] Im[hPa/l/s] Re[hPa/l/s] Im[hPa/l/s] Re[hPa/l/s] Im[hPa/l/s] f[Hz]
Zst-Zhg Zst-Zhg Zhg-ZstSTP Zhg-ZstSTP ZhgSTP-ZstSTP ZhgSTP-ZstSTP
4 -0,4 -0,1 -0,11 0,07 0,29 0,10
6 -0,4 -0,37 -0,14 0,18 0,30 0,26
8 -0,44 -0,47 -0,1 0,25 0,30 0,30
10 -0,34 -0,43 -0,18 0,19 0,24 0,30
12 -0,24 -0,71 -0,3 0,3 0,13 0,40
14 -0,31 -1 -0,33 0,54 0,14 0,68
16 -0,32 -1,09 -0,39 0,57 0,06 0,70
18 -0,19 -1,33 -0,64 0,84 -0,07 0,94
20 -0,41 -1,48 -0,48 0,9 0,03 0,94
22 -0,53 -1,78 -0,42 1,3 0,00 1,33
24 -0,5 -1,92 -0,43 1,38 -0,07 1,35
26 -0,64 -2,07 -0,25 1,51 0,00 1,53
28 -0,62 -2,21 -0,36 1,59 -0,15 1,66
30 -0,73 -2,51 -0,28 1,89 -0,13 2,05
32 -0,93 -3,01 -0,07 2,35 -0,11 2,47 Tab. 5.3 RóŜnica impedancji Zst-Zhg oraz Zhg-ZstSTP
R0 [hPa/l/s]
S [hPa/l/s2]
L [hPa/l/s2]
C [l/hP]
Model Zhg 1.9334 0.0021 0.0216 0.0241 Model ZhgSTP 2.5142 0.0002 0.0220 0.0253 ZhgSTP(Zhg)% 130% 9,5% 101,8% 104,9%
Tab. 5.4 Współczynniki dopasowania impedancji Zhg i ZhgSTP do modelu 4 elementowego
W tabeli Tab. 5.4 zamieszczono parametry współczynników dopasowania do modelu
4 elementowego impedancji Zhg i ZhgSTP. Jak widać podtrzymywanie policzków w czasie
pomiaru impedancji w konfiguracji z hełmem zmienia następująco współczynniki modelu: R0
wrasta o 30%, inertancja L i podatność C ulegają niewielkim zmianom tj. L wzrasta o niecałe
2% a C około 5 %. Przeprowadzono dodatkowo test t-Studenta dla zmiennych
niepowiązanych dla impedancji Zhg i ZhgSTP, wyniki tego testu zamieszczono w Tab. 5.5.
Wynika z niego iŜ dla części urojonej nie ma istotnych róŜnic statystycznych, natomiast
istnieją dla części rzeczywistej.
66
t-Studenta dla Zhg i ZstSTP
t-Studenta dla Zhg i ZhgSTP
t-Studenta dla ZhgSTP i ZstSTP f[Hz]
Re Im Re Im Re Im 4 0,26(NS) 0,191(NS) 0,019(*) 0,321(NS) 0,059(NS) 0,104(NS) 6 0,183(NS) 0,004(**) 0,005(**) 0,125(NS) 0,044(*) 0,001(***) 8 0,256(NS) 0,001(***) 0,012(*) 0,182(NS) 0,049(*) 0,001(***) 10 0,107(NS) 0,007(**) 0,007(**) 0,057(NS) 0,087(NS) 0,001(***) 12 0,016(*) 0,001(***) 0,004(**) 0,098(NS) 0,207(NS) 0,001(***) 14 0,014(*) 0,001(***) 0,003(**) 0,051(NS) 0,199(NS) 0,001(***) 16 0,005(**) 0,001(***) 0,004(**) 0,081(NS) 0,357(NS) 0,001(***) 18 0,001(***) 0,001(***) 0,001(***) 0,218(NS) 0,359(NS) 0,001(***) 20 0,003(**) 0,001(***) 0,002(**) 0,388(NS) 0,423(NS) 0,001(***) 22 0,009(**) 0,001(***) 0,014(*) 0,44(NS) 0,492(NS) 0,001(***) 24 0,007(**) 0,001(***) 0,027(*) 0,425(NS) 0,359(NS) 0,001(***) 26 0,069(NS) 0,001(***) 0,114(NS) 0,467(NS) 0,497(NS) 0,001(***) 28 0,017(**) 0,001(***) 0,153(NS) 0,343(NS) 0,236(NS) 0,001(***) 30 0,079(NS) 0,001(***) 0,268(NS) 0,264(NS) 0,289(NS) 0,001(***) 32 0,363(NS) 0,001(***) 0,44(NS) 0,349(NS) 0,329(NS) 0,001(***)
Tab. 5.5 Test t-Studenta dla impedancji Zhg i ZstSTP, Zhg i ZhgSTP oraz ZhgSTP i ZstSTP
Porównanie dwóch metod pomiarowych mających na celu minimalizację wpływu
impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych czyli pomiaru w hełmie (Zhg) i pomiaru z
podtrzymywaniem policzków (ZstSTP) wskazuje jednoznacznie iŜ róŜnice są istotne
statystycznie (przeprowadzono test t-Studenta dla zmiennych powiązanych dla impedancji Zhg
i ZstSTP który wykazał iŜ wyjąwszy 4 Hz dla części urojonej róŜnice są istotne statystycznie,
natomiast dla części rzeczywistej istotność statystyczna istnieje dla przedziału częstotliwości
12-24 Hz (wyniki testu zawarto w Tab. 5.5). ZstSTP jest większa od Zhg dla części rzeczywistej,
odwrotnie jest dla części urojonej. Nasuwa się teraz pytanie która z metod pomiarowych jest
bliŜsza rzeczywistej wartości impedancji układu oddechowego Zrs , czy metoda pomiarowa
standardowa (Zst) czy metoda pomiaru z hełmem (Zhg). Aby to zweryfikować
przeprowadzono pomiar z wykorzystaniem hełmu w konfiguracji z podtrzymywaniem
policzków dłońmi (ZhgSTP), niejako dodając do metody z hełmem zalecenie standaryzacyjne o
podtrzymywaniu policzków dłońmi (z analizy wzoru na impedancję Zhg wynika iŜ
zwiększenie impedancji pozatorakalnych prowadzi do otrzymania wyników pomiaru
bliŜszych impedancji Zrs). ZauwaŜono iŜ wpływ podtrzymywania policzków na pomiar Zhg,
nie jest tak duŜy jak dla pomiaru standardowego Zst, i zauwaŜalny jest tylko dla części
rzeczywistej. MoŜemy przypuszczać iŜ metoda pomiaru z hełmem lepiej minimalizuje wpływ
Zuaw na części urojonej, jednakŜe nie do końca „radzi” sobie po stronie części rzeczywistej.
67
Porównanie impedancji ZhgSTP z ZstSTP przedstawiono w Tab. 5.3. Jak widać róŜnice
dla części rzeczywistej zmniejszyły się znacząco, dla części urojonej róŜnice są nadal
widoczne. Pomiar ZhgSTP jest pomiarem nowatorskim, nie znaleziono w doniesieniach
literaturowych analiz dotyczących tego typu pomiarów. Test t-Studenta dla impedancji ZhgSTP
i ZstSTP wykazał istotność statystyczną tylko dla części urojonej z wyłączeniem częstotliwości
4Hz.
Impedancję pozatorakalnych dróg oddechowych moŜna oznaczyć przynajmniej na
dwa sposoby. Pierwszym z nich (bezpośrednim) jest pomiar w konfiguracji standardowej z
wykorzystaniem manewru Valsalvy (Zval), drugim sposobem oznaczenia (pośrednim) jest
wyliczenie jej z wykorzystaniem pomiarów Zst i Zhg i wykorzystaniem wzoru na Zuaw (metoda
opisana we wcześniejszym rozdziale).
Wykonane pomiary impedancji Zval oraz obliczone Zuaw pozwalają na ilościowe
określenie impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych oraz na porównanie obu metod
wyznaczania impedancji. W Tab. 5.6 zamieszczono róŜnice średnich wartości impedancji
Zuaw i Zval dla badanej grupy, oraz względne zmiany:
f[Hz] Re
Zuaw-Zval Im
Zuaw-Zval Re
(Zuaw-Zval)/Zval Im
(Zuaw-Zval)/Zval 4 3,15 6,85 0,56 -0,33 6 0,58 5,19 0,14 -0,37 8 1,70 4,39 0,47 -0,42 10 2,54 2,47 0,76 -0,31 12 0,40 1,54 0,12 -0,26 14 0,60 1,33 0,20 -0,28 16 0,62 1,47 0,19 -0,4 18 0,11 0,89 0,03 -0,36 20 0,21 0,83 0,05 -0,75 22 -0,22 0,65 -0,06 -1,33 24 -0,40 0,51 -0,09 1,55 26 -0,99 0,61 -0,18 0,69 28 -1,14 0,36 -0,19 0,38 30 -1,79 0,41 -0,28 0,32 32 -2,57 0,73 -0,37 0,53
Tab. 5.6 RóŜnice impedancji Zuaw i Zval oraz względna zmiana Zuaw względem Zval
Jak widać, istnieją róŜnice pomiędzy pomiarem Zval a obliczonymi wartościami Zuaw,
zarówno dla części rzeczywistej jak i dla części urojonej. Jeszcze większe róŜnice widać dla
pomiarów z podtrzymywaniem policzków tj. impedancji ZvalSTP i ZuawSTP (Tab. 5.7).
Wskazuje to jednoznacznie, iŜ impedancja obliczona Zuaw nie moŜe zastąpić impedancji Zval,
nie są to te same impedancje. Powodem takich rozbieŜności prawdopodobnie jest to, iŜ oba te
pomiary są wykonywane w róŜnych warunkach pomiarowych tzn. pomiar Zval wykonywany
jest w sytuacji gdy głośnia jest zamknięta (w trakcie manewru Valsalvy następuje kontrakcja
68
mięśni szyi [36]), pomiar odbywa się przy minimalnych zmianach przepływu, natomiast
pomiary Zst i Zhg które wykorzystywane są do obliczenia Zuaw są wykonywane przy otwartej
głośni i swobodnym oddechu. Dodatkowo pomiar Zhg róŜni się od pomiaru Zst tym iŜ sygnał
wymuszający jest w jednym przypadku podawany bezpośrednio do ust badanego (Zst), a przy
pomiarze Zhg sygnał wymuszający podawany jest do hełmu otaczającego głowę badanego, zaś
wynik do pewnego stopnia zaleŜy od impedancji pneumotachometru i jego charakterystyki
częstotliwościowej.
f[Hz] Re
(ZuawSTP-ZvalSTP)
Im (ZuawSTP-ZvalSTP)
Re (ZuawSTP-
ZvalSTP)/ZvalSTP
Im (ZuawSTP-
ZvalSTP)/ZvalSTP 4 7,97 29,12 0,59 -0,56 6 1,12 20,51 0,1 -0,55 8 2,86 14,9 0,3 -0,52 10 3,72 10,42 0,41 -0,45 12 1,74 9,84 0,19 -0,48 14 1,97 9,71 0,25 -0,55 16 1,37 8,47 0,17 -0,55 18 0,46 6,49 0,05 -0,5 20 1,48 6,97 0,17 -0,61 22 0,49 6,71 0,06 -0,65 24 0,23 7,07 0,03 -0,77 26 0,34 7,74 0,03 -0,91 28 -0,26 6,68 -0,03 -0,78 30 -0,62 7,41 -0,06 -0,88 32 -1,62 8,84 -0,15 -1,06
Tab. 5.7 RóŜnice impedancji ZuawSTP i ZvalSTP oraz względna zmiana ZuawSTP względem ZvalSTP
Warto jednak zauwaŜyć iŜ pomimo powyŜszych powodów wynikających z
odmiennych sytuacji pomiarowych dla pomiaru Zuaw i Zval, charakter róŜnic jest podobny–
podtrzymywanie policzków zwiększa równieŜ impedancję mierzoną w czasie manewru
Valsalvy. Charakter róŜnic zachowuje się na stałym poziomie co najlepiej widać dla części
rzeczywistej (Rys. 5.1). Na Rys. 5.2 przedstawiono stosunek z róŜnic modułów
(ZuawSTP-Zuaw)/(ZvalSTP-Zval).
69
Rys. 5.1 Stosunek róŜnic impedancji (ZuawSTP-Zuaw)/(ZvalSTP-Zval)
Rys. 5.2 Stosunek róŜnic modułów (ZuawSTP-Zuaw)/(ZvalSTP-Zval)
Porównując natomiast moduły impedancji Zuaw i Zval moŜna zaobserwować iŜ Zval i
Zuaw są niemalŜe z sobą identyczne dla badanej grupy, róŜnice uwidaczniają natomiast
pomiędzy impedancjami ZvalSTP (pomiar podczas manewru Valsalvy z podtrzymywaniem
policzków) i wartością impedancji ZuawSTP (obliczoną impedancją pozatorakalnych dróg
oddechowych podczas pomiarów z podtrzymywaniem policzków), w tym przypadku róŜnice
są zauwaŜalne, porównanie tychŜe impedancji przedstawiono w aneksie Tab. 7.12. Widać iŜ
moduł impedancji ZuawSTP jest wyraźnie mniejszy od impedancji ZvalSTP.
Dokonano równieŜ analizy impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw w
podziale na grupę męŜczyzn i grupę kobiet. Wyniki nie odbiegają od siebie znacząco, zgodnie
z danymi literaturowymi u kobiet zauwaŜamy nieco wyŜszą impedancję pozatorakalnych dróg
oddechowych, zarówno dla części rzeczywistej jak i urojonej.
70
Wykonane pomiary pozwoliły na ilościowe określenie wpływu podtrzymywania
policzków na wartość Zuaw. Wpływ podtrzymywania policzków na Zuaw jest znaczący, dla
częstotliwości 4 Hz względna zmiana modułu przyjmuje wartość 94.76% a stosunek 51.35%.
Największą wartość względnej zmiany a najmniejsze stosunki zaobserwowano dla
częstotliwości 20 Hz, względna zmiana Zuaw wynosi 186,42% a stosunek 34,91%. Dla
częstotliwości 32 Hz względna zmiana Zuaw wynosi 87% a stosunek 53,45%.
Do modelowania impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych wybrano trzy
modele. Pierwszy z nich to prosty model 3 elementowy z Rys. 4.15, który moŜe posłuŜyć do
korekcji impedancji układu oddechowego (wadą tegoŜ modelu jest brak moŜliwości
zamodelowania charakterystycznego zagięcia dla niskich częstotliwości po stronie części
rzeczywistej impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych), drugi - model 5 elementowy z
Rys. 4.19 zasięgnięty z pracy Marchala [26], oraz model 6 elementowy z Rys. 4.17 który
zaczerpnięty został z pracy Jabłońskiego [19]. Oba te ostatnie modele moŜna wykorzystać do
opisu poszczególnych segmentów pozatorakalnych dróg oddechowych, a co za tym idzie
równieŜ do opisu patomorfologii górnych dróg oddechowych.
Z analiz, które zostały przeprowadzone widać doskonale jaki wpływ na parametry
poszczególnych modeli ma podtrzymywanie policzków. W Tab. 4.3 zamieszczono wyliczone
współczynniki modelu 3-elementowego Zuaw dla pomiarów podstawowego oraz trzymaniem
policzków (przy pomocy maski). Doskonale widać iŜ podtrzymywanie policzków zwiększa
część rzeczywistą (oporową) segmentu pozatorakalnych dróg oddechowych, natomiast
parametry L i C jak moŜna było się spodziewać maleją.
W Tab. 5.8 zamieszczono zestaw wartości współczynników dopasowania dla modelu
6-elementowego, oraz parametry tegoŜ modelu zaczerpnięte z literatury [19][26]. Porównując
współczynniki modelu Zuaw z współczynnikami literaturowymi moŜemy powiedzieć, iŜ po
pierwsze wszystkie parametry modeli zawierają się w przedziale fizjologicznym, po drugie są
porównywalne. Dla modelu ZuawSTP parametr podatnościowy Cgua maleje w stosunku do
modelu Zuaw o 0.00133 [l/hP], opór ścian górnych dróg oddechowych Ruaw wzrósł około 8
[hPa/l/s], inertancja Luaw wzrosła o 0.002368 [hPa/l/s2], elastancja Cuaw zmalała o około
0.0134 [l/hP]. Opór Rua wzrósł o 5 [hPa/l/s], a inertancja Lua zmalała o 0.0017 [hPa/l/s2]. Są to
więc zmiany podobne do obserwowanych w przypadku uŜycia modelu 3-elementowego.
Największe zmiany dotyczą własności oporowych Zuaw.
71
Cgua [l/hP]
Ruaw [hPa/l/s]
Luaw [hPa/l/s2]
Cuaw [l/hP]
Rua [hPa/l/s]
Lua [hPa/l/s2]
Model Zuawmean 0.0025021 48.6676 0.00027518 0.016264 3.7939 0.020558 Zuaw z literatury (Jabłoński) 0.000714 25 0.0072 0.00104 0.684 0.011
Model ZuawSTPmean 0.0011753 56.6246 0.0020931 0.0028621 8.6662 0.018851 Tab. 5.8 Porównanie współczynników modelu Jabłońskiego literaturowych z obliczonymi
W Tab. 5.9 zaprezentowano zestaw wartości współczynników dopasowania dla
modelu 5 elementowego (Marchala [26]), wraz z parametrami zaczerpniętymi z literatury.
Wszystkie parametry odpowiadają wartościom fizjologicznym. Parametry modelu ZuawSTP w
porównaniu do modelu Zuaw wyglądają następująco: opór Ruaw wzrasta o 6.89 [hPa/l/s], Luaw
wzrasta o 0.0066 [hPa/l/s2] a Cuaw maleje o 0.001 [l/hP], natomiast Rm wzrasta o 22,005
[hPa/l/s] a Lm wzrasta o 0.0002 [hPa/l/s2].
Ruaw
[hPa/l/s] Luaw
[hPa/l/s2] Cuaw [l/hP]
Rm [hPa/l/s]
Lm [hPa/l/s2]
Model Zuawmean 4.7059 0.0274 0.0019 33.5501 0.0001 Zuaw literaturowe (Marchal) 20 0.06 0.006 0.5 0.01
Model ZuawSTPmean 11.5993 0.0340 0.0009 55.5551 0.0003 Tab. 5.9 Porównanie współczynników modelu Marchala literaturowych z otrzymanymi
Rys. 5.3 Impedancja Zuaw otrzymana parametrów modeli literaturowych oraz obliczonych
Rys. 5.3 przedstawia porównanie charakterystyk częstotliwościowych trzech
impedancji Zuaw wyliczonych z :współczynników literaturowych modelu 5 elementowego
(Marchala [26], Tab. 5.9), współczynników literaturowych modelu 6 elementowego
(Jabłoński [19],Tab. 5.3) oraz z współczynników dopasowania średniej wartości impedancji
Zuawmean badanej grupy dla modelu Marchala. Jak widzimy róŜnice w wartościach impedancji
pozatorakalnych dróg oddechowych są zauwaŜalne jednak wszystkie zawierają się w
przedziale fizjologicznej interpretacji. Parametry literaturowe modelu 5 elementowego zostały
72
wyznaczone dla wartości impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych u dzieci, co
tłumaczy wyŜsze wartości impedancji Rm i mniejsze Ruaw (a prezentowana praca obejmowała
grupę zdrowych dorosłych osób). Praca Jabłońskiego jest pracą symulacyjną, nie odnosi się
do konkretnych danych pomiarowych.
Znając wzory na impedancję mierzoną podczas pomiaru standardowego jak i podczas
pomiaru w hełmie i wiedząc iŜ występuje w nich czynnik Zuaw oraz Zrs obliczono dla kaŜdego
z tych wzorów impedancje Zrs [41][40]. W jednym przypadku dla wartości pomiaru Zst
wyznaczono impedancję układu oddechowego Zrs korygowanego wartościami Zuaw
otrzymując w ten sposób impedancję Zrs_st, w drugim przypadku dla wartości pomiaru Zhg
obliczono równieŜ impedancję Zrs korygowaną Zuaw otrzymując Zrs_hg. Wyniki zostały
zaprezentowane na Rys. 4.23 i Rys. 4.24, wynika z nich iŜ nie ma znaczenia z którego wzoru
na Zrs będziemy korzystać (czy z modyfikacji wzoru na Zst czy teŜ ze wzoru na Zhg).
Zadawalająco dobre wyniki otrzymaliśmy z korekcji wartości mierzonej Zst wartościami
obliczonej impedancji Zuaw otrzymując impedancję Zrs_st, oraz korekcji wartości mierzonej Zhg
tymi samymi obliczonymi wartościami impedancji Zuaw otrzymując Zrs_hg. Jak widać na
Rys. 4.25 wyniki te są prawie identycznego zarówno dla części urojonej jak i rzeczywistej
ilościowo jak i jakościowo co prezentuje Tab. 4.7
W podrozdziale 4.18 przedstawiono porównanie ilościowe wartości impedancji Zst z Zrs_st
oraz Zhg z Zrs_st. Przedstawione wyniki wskazują jednoznacznie dla tej badanej grupy osób iŜ
impedancja Zhg wnosi mniejszy ilościowo błąd w oznaczaniu Zrs niŜ impedancja Zst.
Impedancja Zhg przeszacowuje wartość Zrs a impedancja Zst niedoszacowuje.
Tab. 7.18 przedstawia procentowy zakres zmian impedancji Zrs w stosunku do ZrsSTP, jak
widać na części rzeczywistej jest to mniej więcej 82%±8%. Czyli 20 % zmian wartości ZrsSTP
stanowi wpływ podtrzymywania policzków na impedancje pozatorakalnych dróg
oddechowych na części rzeczywistej. Na Rys. 4.29 przedstawiono graficzną interpretację
powyŜszych wyników.
73
6 Wnioski
Przedstawiona praca miała na celu:
• ocenę wpływu impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych na mierzoną
impedancję układu oddechowego Zrs w układzie standardowym, będącym
podstawową metodą pomiaru stosowaną w laboratoriach.
• ilościową ocenę impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych u badanych osób
• określenie wpływu impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych na współczynniki
modelu układu oddechowego.
• opracowanie metody korekcji impedancji Zrs , tak by wyeliminować bocznikujący
wpływ pozatorakalnych dróg oddechowych na mierzoną impedancję układu
oddechowego.
Wnioski wynikające z przeprowadzonych analiz moŜna ująć w następujących punktach:
1. Impedancja pozatorakalnych dróg oddechowych jest znaczącym czynnikiem
zaburzającym pomiar impedancji Zin. Wyniki potwierdzają słuszność propozycji aby
podczas pomiaru policzki były podtrzymywane.
2. Z porównania dwóch pomiarów mających na celu minimalizowanie bocznikującego
wpływu pozatorakalnych dróg oddechowych na pomiar Zin wynika iŜ bliŜszym
prawdziwych pomiarów impedancji Zrs jest pomiar z wykorzystaniem hełmu, który nie
jest jednak standardowym sposobem pomiaru impedancji wejścia Zin.
3. MoŜliwe jest modelowanie impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych, w niniejszej
pracy zaprezentowano to na 3 róŜnych modelach, najprostszy model 3 elementowy moŜe
być wykorzystany w implementacji sprzętowej do korekcji podczas pomiaru (przy
załoŜeniu iŜ badana osoba nie ma patologii w górnych drogach oddechowych – np. po
wcześniejszej konsultacji laryngologicznej).
4. Pomiar z zastosowaniem maski podtrzymującej policzki oraz dolną ścianę gardła moŜe
zastąpić metodę pomiaru z podtrzymywaniem policzków dłońmi (np. u dzieci – mogących
mieć z tym problemy).
5. Zaletą pomiaru w masce jest fakt iŜ moŜna przeprowadzić pomiar z podtrzymywaniem
policzków z wykorzystaniem hełmu, a co za tym idzie, moŜliwe jest obliczenie
impedancji ZuawSTP.
6. Podtrzymywanie policzków zwiększa moduł impedancji Zuaw około dwukrotnie, co
74
minimalizuje ich bocznikujący wpływ na Zst.
7. Wyznaczenie wartości impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych dla grupy
zdrowych osób pozwala na dokonanie korekcji mierzonych wartości impedancji wejścia
układu oddechowego co najmniej na dwa sposoby:
• Korekcję punkt po punkcie (w kaŜdej z częstotliwości z osobna przy uŜyciu wartości
Zuaw dla odpowiednich częstotliwości)
• Korekcję parametrów modelu (czteroelementowego) układu oddechowego
(impedancji wejścia układu oddechowego) przy pomocy parametrów
trójelementowego modelu pozatorakalnych dróg oddechowych
8. Przez wyznaczenie współczynników modelu pozatorakalnych dróg oddechowych
pięcioelementowego czy teŜ sześcioelementowego, który separuje część tkankową od
drogi prowadzącej gaz do układu oddechowego moŜna analizować patologie w górnych
drogach oddechowych pod względem umiejscowienia tejŜe patologii w pozatorakalnych
drogach oddechowych
9. Zaletą pomiaru w masce jest fakt iŜ moŜna przeprowadzić pomiar z podtrzymywaniem
policzków z wykorzystaniem hełmu a co za tym idzie, moŜliwe jest obliczenie impedancji
pozatorakalnych dróg oddechowych w konfiguracji z symulowanym podtrzymywaniem
policzków ZuawSTP.
NajwaŜniejszym aspektem tej pracy jest kompleksowe opracowanie wpływu podtrzymywania
policzków na pomiar impedancji układu oddechowego. Za swój oryginalny wkład autor
rozprawy uwaŜa:
1. opracowanie metodyki postępowania przy ocenie wpływu podtrzymywania
policzków na wartości impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw i
impedancji układu oddechowego Zrs (zastosowanie maski podtrzymującej policzki
dla pomiaru Zhg, czyli moŜliwość określenia impedancji ZuawSTP i porównanie jej z
ZvalSTP)
2. określenie współczynników trzech róŜnych modeli opisujących pozatorakalne
drogi oddechowe które to współczynniki mogą mieć zastosowanie do badań
pozatorakalnych dróg oddechowych jak i parametrów układu oddechowego
3. określono ilościowy wpływ podtrzymywania policzków na współczynniki modelu
impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych a co za tym idzie określono na
jakie parametry pozatorakalnych dróg oddechowych ma wpływ podtrzymywanie
policzków
75
4. wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie w innych technikach pomiaru własności
oporowych układu oddechowego.
76
7 Aneks:
7.1 Metoda wyliczenia impedancji Zhg z pomiaru w hełmie
Podczas pomiaru z uŜyciem hełmu otaczającego głowę pacjenta ciśnienie wymuszające jest
zadawane wokół głowy pacjenta, przez co policzki i pozostała część pozatorakalnych dróg
oddechowych są mechanicznie równoległe do przepływomierza.
+==
=
ptu
rsrs
uuawptpt
III
ZIU
IZIZ
*
**
Rys. 7.1 Schemat zastępczy pomiaru w hełmie
Mierzona w tym układzie impedancja Zhg wyraŜa się wzorem:
)1()1(*
uaw
ptrs
pt
urs
pt
pturs
pt
rs
pt
rshg Z
ZZ
I
IZ
I
IIZ
I
IZ
I
UZ +=+=
+===
7.2 Metoda wyznaczenia impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych w konfiguracji bez podtrzymywania policzków
Dysponując pomiarami impedancji Zst oraz Zhg (w konfiguracji pomiaru bez
podtrzymywania policzków) moŜna w prosty sposób wyliczyć impedancję pozatorakalnych
dróg oddechowych Zuaw.
+=
+=
uaw
ptrshg
uawrs
rsuawst
Z
ZZZ
ZZ
ZZZ
1
*
sthg
pthgstuaw ZZ
ZZZZ
−+
=)(
77
7.3 Analogi elektryczne wielkości mechanicznych uŜywanych w mechanice oddychania [37]
Mechanika Elektryka
róŜnica ciśnień ∆P róŜnica potencjałów ∆V
objętość V ładunek elektryczny Q
przepływ V’ prąd i,I rezystancja R opór (rezystancja) R podatność C pojemność C inertancja I indukcyjność L
Podstawowe równania
Opór 'V
PR
∆=
Inertancja 'V
PI
∆∆=
Podatność P
VC
∆=
78
7.4 Tabele
f[Hz] Re(Zst)
[hPa/l/s] Im(Zst)
[hPa/l/s] Re(ZstTP) [hPa/l/s]
Im(ZstTP) [hPa/l/s]
Re(ZstSTP) [hPa/l/s]
Im(ZstSTP) [hPa/l/s]
4 2,14 -1,08 2,57 -1,19 2,55 -1,06 6 2,06 -0,2 2,42 -0,49 2,48 -0,27 8 2,15 0,15 2,56 -0,06 2,55 0,21 10 1,64 -0,15 2,65 -0,16 2,63 0,13 12 1,64 0,32 2,29 0,28 2,2 0,42 14 2,32 0,3 2,77 0,46 2,82 0,67 16 2,04 0,6 2,37 0,69 2,22 1,36 18 2,3 0,5 2,84 0,8 2,98 0,97 20 2,02 0,87 2,62 1,28 2,68 1,85 22 1,88 0,7 2,78 1,02 2,87 1,46 24 1,61 1,13 2,48 1,35 2,54 1,96 26 1,54 1,68 2,44 1,78 2,46 2,51 28 1,97 1,97 2,9 2,05 3,3 2,79 30 2,1 2,15 3,02 1,95 3,5 2,35 32 2,2 2,28 3,01 2,06 3,45 2,64
Tab. 7.1 Wyniki pomiaru impedancji Zst, ZstTP, ZstSTP dla jednego z badanych.
f[Hz] Re(Zhg) [hPa/l/s]
Im(Zhg) [hPa/l/s]
Re(ZhgSTP) [hPa/l/s]
Im(ZhgSTP) [hPa/l/s]
4 2,46 -0,96 2,75 -1,01 6 2,29 -0,11 2,6 -0,15 8 2,53 0,29 2,63 0,39 10 1,95 0,08 2,74 0,27 12 1,81 0,9 2,22 0,59 14 2,15 1,47 2,84 1,11 16 1,83 1,74 2,16 1,75 18 1,6 2,1 3,21 1,52 20 1,71 2,83 2,41 2,41 22 1,97 3,23 2,89 1,92 24 1,85 3,93 2,09 2,84 26 2,2 4,34 2,05 3,7 28 2,21 4,37 2,14 4,17 30 2,38 4,61 2,55 4,2 32 2,38 5,57 2,53 4,81
Tab. 7.2 Wyniki pomiaru standardowego z hełmem (Zhg) dla jednego z badanych
79
f(Hz) Re(Zval) [hPa/l/s]
Im(Zval) [hPa/l/s]
Re(ZvalTP) [hPa/l/s]
Im(Zval) [hPa/l/s]
Re(Zval) [hPa/l/s]
Im(Zval) [hPa/l/s]
4 10,85 -32,7 20,2 -58,96 19,21 -74,42 6 6,89 -24,27 13,54 -43,54 14,68 -52,82 8 5,47 -18,3 11,08 -33,51 12,96 -41,17 10 4,9 -14,86 10,28 -27,82 11,87 -33,03 12 4,39 -11,43 10,18 -23,47 11,19 -28,21 14 4,25 -10,58 8,86 -21,37 11,1 -25,51 16 4,19 -8,69 8,33 -17,42 10,16 -21,78 18 4,08 -7,39 8,23 -16,52 10,69 -20,04 20 3,58 -5,85 8,05 -14,37 9,91 -17,41 22 3,4 -5,11 7,64 -13,23 9,31 -16,49 24 3,33 -4,11 7,59 -11,82 9,39 -14,68 26 3,77 -2,98 7,71 -10,64 9,84 -13,51 28 4,18 -2,35 7,96 -10,12 10,51 -13,38 30 4,45 -1,77 7,72 -9,53 10,01 -13,28 32 4,95 -1,33 7,37 -8,94 9,19 -12,89
Tab. 7.3 Wyniki pomiarów podczas manewru Valsalvy dla jednego z badanych.
f[Hz] Re
(Zst) [hPa/l/s]
Im (Zst)
[hPa/l/s]
SD Re(Zst)
[hPa/l/s]
SD Im(Zst)
[hPa/l/s]
Re (ZstSTP)
[hPa/l/s]
Im (ZstSTP)
[hPa/l/s]
SD Re(ZstSTP) [hPa/l/s]
SD Im(ZstSTP) [hPa/l/s]
4 1,85 -0,85 0,52 0,28 2,36 -0,82 0,64 0,30 6 1,79 -0,47 0,46 0,24 2,32 -0,28 0,62 0,23 8 1,82 -0,26 0,51 0,25 2,36 -0,05 0,63 0,23 10 1,74 -0,18 0,42 0,26 2,26 0,06 0,60 0,31 12 1,68 0,03 0,41 0,23 2,22 0,44 0,52 0,22 14 1,74 0,15 0,46 0,25 2,38 0,61 0,57 0,28 16 1,64 0,34 0,41 0,22 2,35 0,85 0,56 0,23 18 1,65 0,47 0,43 0,17 2,48 0,96 0,63 0,30 20 1,53 0,71 0,40 0,19 2,42 1,29 0,66 0,30 22 1,56 0,82 0,39 0,20 2,52 1,30 0,70 0,34 24 1,55 1,07 0,39 0,25 2,47 1,60 0,68 0,32 26 1,62 1,30 0,39 0,30 2,51 1,86 0,62 0,42 28 1,77 1,38 0,43 0,29 2,75 2,00 0,67 0,48 30 1,80 1,52 0,47 0,30 2,81 2,14 0,75 0,47 32 1,82 1,68 0,51 0,32 2,82 2,34 0,78 0,49
Tab. 7.4 Średnia wartości impedancji Zst, ZstSTP z odchyleniami standardowymi
80
f[Hz] Re
(Zhg) [hPa/l/s]
Im (Zhg)
[hPa/l/s]
SD Re(Zhg) [hPa/l/s]
SD Im(Zhg) [hPa/l/s]
Re (ZhgSTP) [hPa/l/s]
Im (ZhgSTP) [hPa/l/s]
SD Re(ZhgSTP) [hPa/l/s]
SD Im(ZhgSTP) [hPa/l/s]
4 2,25 -0,75 0,68 0,28 2,66 -0,71 0,76 0,32 6 2,19 -0,10 0,52 0,24 2,63 -0,02 0,70 0,29 8 2,26 0,21 0,58 0,19 2,66 0,26 0,72 0,23 10 2,08 0,25 0,49 0,24 2,50 0,37 0,71 0,30 12 1,92 0,74 0,50 0,24 2,35 0,84 0,63 0,29 14 2,05 1,15 0,53 0,23 2,52 1,29 0,69 0,38 16 1,97 1,42 0,54 0,25 2,41 1,55 0,65 0,42 18 1,84 1,80 0,55 0,37 2,41 1,90 0,74 0,54 20 1,94 2,19 0,56 0,36 2,46 2,23 0,69 0,60 22 2,09 2,60 0,62 0,40 2,52 2,63 0,80 0,93 24 2,05 2,98 0,57 0,52 2,40 2,95 0,78 0,78 26 2,26 3,37 0,65 0,53 2,51 3,39 0,89 0,90 28 2,39 3,59 0,57 0,57 2,60 3,67 0,90 0,82 30 2,53 4,03 0,73 0,68 2,68 4,19 1,03 1,13 32 2,75 4,69 0,79 0,89 2,71 4,81 1,09 1,43
Tab. 7.5 Średnia wartości impedancji Zhg, ZhgSTP z odchyleniami standardowymi
f[Hz] Mod (Zst) [hPa/l/s]
Mod (ZstSTP) [hPa/l/s]
Mod (Zst) vs.
Mod(ZstSTP) [%]
4 2,04 2,50 -22,64 6 1,85 2,34 -26,51 8 1,84 2,36 -28,37 10 1,74 2,26 -29,60 12 1,68 2,26 -34,37 14 1,75 2,46 -40,72 16 1,68 2,50 -49,41 18 1,71 2,66 -55,23 20 1,69 2,74 -62,49 22 1,76 2,83 -60,72 24 1,88 2,94 -56,78 26 2,08 3,13 -50,31 28 2,25 3,40 -51,25 30 2,36 3,53 -49,86 32 2,47 3,67 -48,12
Tab. 7.6 Moduł impedancji Zst i ZstSTP, oraz procentowe zmiany((Mod(Zst)/Mod(ZstSTP))/Mod(Zst))*100%
Gdzie : Mod (Zst) vs. Mod(ZstSTP)= ((Mod(Zst)/Mod(ZstSTP))/Mod(Zst))*100%
81
f[Hz] Re Zuaw [hPa/l/s]
Im Zuaw [hPa/l/s]
Re SD Zuaw
[hPa/l/s]
Im SD Zuaw
[hPa/l/s]
Re ZuawSTP
[hPa/l/s]
Im ZuawSTP
[hPa/l/s]
Re SD ZuawSTP
[hPa/l/s]
Im SD ZuawSTP
[hPa/l/s] 4 8,79 -13,69 6,43 8,45 21,58 -23,19 13,55 12,35 6 4,74 -8,72 4,08 5,35 12,67 -16,69 6,36 10,90 8 5,26 -6,09 3,63 3,75 12,41 -13,86 5,53 10,95 10 5,84 -5,57 4,89 3,89 12,84 -12,74 7,47 9,35 12 3,62 -4,49 1,89 2,18 11,07 -10,68 6,72 7,37 14 3,52 -3,39 1,81 2,27 10,00 -7,98 5,98 4,75 16 3,73 -2,16 0,93 1,52 9,56 -6,96 5,50 4,71 18 3,56 -1,59 1,27 1,37 8,88 -6,47 4,97 4,47 20 3,79 -0,28 1,19 1,18 9,97 -4,39 3,65 5,76 22 3,64 0,16 1,07 1,03 8,99 -3,64 4,44 4,02 24 3,95 0,84 1,23 1,08 9,00 -2,10 2,31 3,82 26 4,36 1,49 1,30 0,95 10,11 -0,79 2,79 3,22 28 4,63 1,30 1,41 0,86 9,88 -1,91 2,64 3,64 30 4,51 1,68 1,48 0,77 9,44 -0,97 2,99 3,74 32 4,25 2,11 1,42 0,74 8,86 0,48 2,09 3,14
Tab. 7.7 Prezentacja obliczonych średnich wartości impedancji pozatorakalnych dróg oddechowych Zuaw,
ZuawSTP
Re Im Re SD Im SD Re Im Re SD Im SD f[Hz] Zval
[hPa/l/s] Zval
[hPa/l/s] Zval
[hPa/l/s] Zval
[hPa/l/s] ZvalSTP
[hPa/l/s] ZvalSTP
[hPa/l/s] ZvalSTP
[hPa/l/s] ZvalSTP
[hPa/l/s] 4 5,63 -20,54 2,57 10,76 13,61 -52,31 8,26 24,84
6 4,15 -13,91 1,6 7,91 11,55 -37,2 7,36 18,77
8 3,56 -10,48 1,26 6,42 9,55 -28,76 4,43 13,71
10 3,3 -8,04 1,24 5,02 9,12 -23,16 3,81 11,82
12 3,21 -6,03 1,57 4,32 9,33 -20,52 3,86 11,13
14 2,92 -4,72 1,24 4,44 8,03 -17,69 2,67 10,27
16 3,12 -3,63 1,2 3,72 8,19 -15,43 2,93 8,49
18 3,45 -2,48 1,24 3,49 8,42 -12,96 2,72 8,22
20 3,58 -1,11 1,39 3,2 8,49 -11,36 3,24 8,01
22 3,87 -0,49 1,24 3,15 8,5 -10,35 2,95 7,17
24 4,35 0,33 1,46 2,89 8,77 -9,17 3,35 5,86
26 5,35 0,88 1,98 2,67 9,77 -8,53 5,3 6,33
28 5,77 0,94 2,22 2,5 10,14 -8,59 4,41 8,14
30 6,31 1,27 2,45 2,67 10,06 -8,38 4,02 8,04
32 6,83 1,38 2,66 2,65 10,48 -8,36 4,57 8,02 Tab. 7.8 Wartości średnie impedancji Zval i ZvalSTP
82
f[Hz] Re
ZuawMM [hPa/l/s]
Im ZuawMM [hPa/l/s]
SD Re ZuawMM [hPa/l/s]
SD Im ZuawMM [hPa/l/s]
Re ZuawSTPMM [hPa/l/s]
Im ZuawSTPMM [hPa/l/s]
SD Re ZuawSTPMM [hPa/l/s]
SD Im ZuawSTPMM [hPa/l/s]
4 7,41 -11,83 5,71 6,58 20,35 -22,28 13,61 13,15 6 3,97 -8,21 1,95 6,26 11,59 -15,13 5,33 11,73 8 4,46 -5,38 2,24 3,99 12,05 -11,58 4,50 10,39 10 5,98 -4,18 5,54 3,88 12,00 -10,96 6,20 10,14 12 3,54 -4,09 1,48 2,21 11,24 -9,75 7,00 7,00 14 3,48 -2,83 1,35 2,19 9,97 -6,93 6,72 4,31 16 3,73 -1,83 0,96 1,57 10,27 -6,06 5,68 4,36 18 3,69 -1,32 1,33 1,46 9,43 -6,51 5,05 4,98 20 3,69 -0,24 1,29 1,18 10,50 -3,57 3,66 5,91 22 3,48 0,14 1,08 0,96 9,09 -3,26 3,46 3,69 24 3,69 0,74 1,16 1,03 9,50 -1,77 2,46 3,65 26 3,91 1,28 1,10 0,85 10,40 -0,52 3,04 2,79 28 4,02 1,27 1,21 0,90 9,84 -1,42 2,70 3,20 30 3,83 1,65 1,17 0,73 9,23 -0,22 2,52 2,68 32 3,56 2,01 1,09 0,72 8,63 1,03 1,89 2,39
Tab. 7.9 Impedancja Zuaw, ZuawSTP dla grupy męŜczyzn
f[Hz] Re
ZuawKK [hPa/l/s]
Im ZuawKK
[hPa/l/s]
SD Re ZuawKK
[hPa/l/s]
SD Im ZuawKK
[hPa/l/s]
Re ZuawSTPKK
[hPa/l/s]
Im ZuawSTPKK [hPa/l/s]
SD Re ZuawSTPKK [hPa/l/s]
SD Im ZuawSTPKK [hPa/l/s]
4 11,41 -17,22 7,20 10,71 23,91 -24,92 13,83 11,09 6 6,19 -9,69 6,36 2,98 14,73 -19,66 7,86 8,92 8 6,80 -7,43 5,19 2,99 13,10 -18,19 7,34 11,21 10 5,58 -8,22 3,57 2,25 14,44 -16,12 9,61 6,85 12 3,76 -5,25 2,59 2,03 10,73 -12,45 6,51 8,12 14 3,60 -4,43 2,54 2,15 10,06 -9,97 4,59 5,13 16 3,73 -2,78 0,91 1,28 8,21 -8,67 5,15 5,11 18 3,32 -2,12 1,16 1,05 7,83 -6,38 4,90 3,55 20 3,99 -0,35 1,00 1,25 8,97 -5,94 3,59 5,42 22 3,94 0,19 1,04 1,21 8,81 -4,35 6,10 4,71 24 4,44 1,04 1,26 1,20 8,04 -2,73 1,71 4,25 26 5,21 1,90 1,26 1,05 9,55 -1,31 2,30 4,03 28 5,78 1,35 1,02 0,82 9,95 -2,84 2,65 4,39 30 5,81 1,74 1,13 0,87 9,84 -2,39 3,85 5,08 32 5,56 2,29 0,99 0,78 9,30 -0,58 2,47 4,15
Tab. 7.10 Impedancja Zuaw, ZuawSTP dla grupy kobiet
83
f[Hz] Zuaw ver ZuawSTP
[%] Zuaw ver ZuawSTP wzg.
[%] Zval ver ZvalSTP
[%] Zval ver ZvalSTP wzg.
[%] 4 51,35 -94,76 39,41 -153,76 6 47,34 -111,22 37,26 -168,39 8 43,26 -131,13 36,53 -173,75 10 44,63 -124,09 34,92 -186,37 12 37,48 -166,84 30,29 -230,09 14 38,18 -161,94 28,56 -250,10 16 36,45 -174,38 27,39 -265,04 18 35,50 -181,72 27,50 -263,66 20 34,91 -186,42 26,46 -277,95 22 37,58 -166,09 29,12 -243,42 24 43,75 -128,59 34,36 -191,04 26 45,43 -120,11 41,80 -139,23 28 47,75 -109,40 43,97 -127,43 30 50,79 -96,90 49,15 -103,45 32 53,45 -87,08 51,92 -92,59
Tab. 7.11 Ilościowa analiza impedancji Zuaw
Gdzie : Zuaw ver ZuawSTP=(Mod(Zuaw)/Mod(ZuawSTP))*100%
Zuaw ver ZuawSTP wzg.= ((Mod(Zuaw)-Mod(ZuawSTP))/ Mod(Zuaw))*100%
Zval ver ZvalSTP=(Mod(Zval)/Mod(ZvalSTP))*100%
Zval ver ZvalSTP wzg.= ((Mod(Zval)-Mod(ZvalSTP))/ Mod(Zval))*100%
f[Hz] Mod Zval
[hPa/l/s]
Mod ZvalSTP
[hPa/l/s]
Mod Zuaw
[hPa/l/s]
Mod ZuawSTP
[hPa/l/s] 4 21,30 54,05 16,26 31,68 6 14,51 38,95 9,92 20,96 8 11,07 30,30 8,05 18,60 10 8,69 24,89 8,07 18,09 12 6,83 22,55 5,76 15,38 14 5,55 19,43 4,89 12,80 16 4,78 17,47 4,31 11,83 18 4,25 15,46 3,90 10,99 20 3,75 14,18 3,80 10,89 22 3,90 13,40 3,65 9,70 24 4,36 12,69 4,04 9,24 26 5,42 12,96 4,61 10,14 28 5,84 13,29 4,80 10,06 30 6,44 13,09 4,82 9,49 32 6,96 13,41 4,74 8,88
Tab. 7.12 Wartości modułów Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP
84
f[Hz] Mod ZvalKK
[hPa/l/s]
Mod ZvalSTPKK [hPa/l/s]
Mod ZuawKK
[hPa/l/s]
Mod ZuawSTPKK [hPa/l/s]
4 24,92 62,68 20,66 34,53 6 17,02 44,79 11,49 24,57 8 12,88 34,48 10,08 22,42 10 10,18 28,03 9,94 21,64 12 7,86 24,23 6,46 16,43 14 6,03 21,29 5,71 14,17 16 5,47 19,13 4,65 11,94 18 4,80 16,72 3,93 10,10 20 3,90 14,83 4,01 10,75 22 4,06 13,82 3,95 9,83 24 4,54 12,95 4,56 8,49 26 6,04 12,71 5,55 9,64 28 6,72 12,90 5,94 10,35 30 7,56 13,10 6,07 10,12 32 8,19 13,27 6,01 9,32
Tab. 7.13 Wartości modułów Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP dla kobiet.
f[Hz] Mod
ZvalMM [hPa/l/s]
Mod ZvalSTPMM [hPa/l/s]
Mod ZuawMM [hPa/l/s]
Mod ZuawSTPMM [hPa/l/s]
4 19,39 49,51 13,96 30,18 6 13,19 35,91 9,12 19,05 8 10,12 28,11 6,99 16,71 10 7,91 23,24 7,29 16,25 12 6,29 21,66 5,41 14,89 14 5,30 18,45 4,49 12,15 16 4,43 16,59 4,15 11,92 18 3,96 14,80 3,92 11,46 20 3,68 13,84 3,70 11,09 22 3,81 13,18 3,49 9,66 24 4,28 12,56 3,77 9,67 26 5,12 13,10 4,11 10,41 28 5,40 13,51 4,21 9,94 30 5,85 13,13 4,17 9,23 32 6,32 13,52 4,09 8,70
Tab. 7.14 Wartości modułów Zuaw, ZuawSTP, Zval, ZvalSTP dla męŜczyzn.
85
f[Hz] Re
Zrsmean_Zst [hPa/l/s]
Im Zrsmean_Zst [hPa/l/s]
Re ZrsmeanSTP_Zst
[hPa/l/s]
Im ZrsmeanSTP_Zst
[hPa/l/s] 4 2,13 -0,79 2,57 -0,78 6 2,08 -0,22 2,53 -0,09 8 2,19 0,08 2,57 0,21 10 2,07 0,12 2,44 0,31 12 1,89 0,57 2,32 0,79 14 1,97 0,89 2,50 1,13 16 1,89 1,17 2,38 1,44 18 1,84 1,49 2,46 1,68 20 1,86 1,82 2,38 2,09 22 1,98 2,17 2,49 2,28 24 1,94 2,47 2,37 2,75 26 2,07 2,81 2,46 3,07 28 2,15 3,11 2,48 3,40 30 2,28 3,51 2,53 3,82 32 2,45 4,07 2,58 4,45
Tab. 7.15 Wartości impedancji Zrsmean_Zst oraz Zrsmean_Zhg
f[Hz] stos
Re(Zst)/Re(Zrs) [%]
stos Re Zhg/Zrs
[%]
stos Im Zst/Zrs
[%]
stos Im Zhg/Zrs
[%] 4 85,64 104,13 106,96 93,91 6 84,82 103,65 217,04 48,02 8 83,35 103,26 339,75 271,35 10 85,20 102,06 145,74 205,05 12 89,11 101,74 5,75 129,15 14 87,80 103,50 16,71 128,76 16 86,43 103,52 29,67 124,70 18 90,68 101,39 31,97 122,64 20 83,06 105,28 39,35 121,28 22 80,12 107,47 37,57 119,56 24 81,42 107,79 42,64 119,35 26 78,25 108,92 45,88 118,92 28 82,40 111,21 44,50 115,49 30 79,24 111,27 43,29 114,88 32 74,10 111,89 41,29 115,49
Tab. 7.16 Procentowa wartość impedancji Zst, Zhg w funkcji Zrs
Gdzie : stosSTP Re Zst/Zrs= (Re(Zst)/Re(Zrs)*100%
stosSTP Re Zhg/Zrs= (Re(Zhg)/Re(Zrs) *100%
stosSTP Im Zst/Zrs= (Im(Zst)/Im(Zrs) *100%
stosSTP Im Zhg/Zrs= (Im(Zhg)/Im(Zrs) *100%
86
f[Hz] stosSTP Re ZstSTP/ZrsSTP
[%]
stosSTP Re ZhgSTP/ZrsSTP
[%]
stosSTP Im ZstSTP/ZrsSTP
[%]
stosSTP Im ZhgSTP/ZrsSTP
[%] 4 91,05 102,39 107,71 94,06 6 90,80 102,65 331,88 26,43 8 91,02 102,57 23,50 130,36 10 92,21 101,93 20,93 120,69 12 95,63 101,07 56,90 107,96 14 95,51 101,22 53,39 112,15 16 98,38 100,86 59,86 108,81 18 101,76 99,05 56,22 111,25 20 100,22 101,66 62,37 107,82 22 100,74 100,91 55,17 111,81 24 103,92 101,00 58,65 108,21 26 100,94 100,87 60,19 109,63 28 108,54 102,58 59,11 108,26 30 108,20 103,09 55,73 109,09 32 106,78 102,58 52,87 108,71
Tab. 7.17 Procentowa wartość impedancji ZstSTP, ZhgSTP w funkcji ZrsSTP
Gdzie : stosSTP Re ZstSTP/ZrsSTP= (Re(ZstSTP)/Re(ZrsSTP)*100%
stosSTP Re ZhgSTP/ZrsSTP= (Re(ZhgSTP)/Re(ZrsSTP) *100%
stosSTP Im ZstSTP/ZrsSTP= (Im(ZstSTP)/Im(ZrsSTP) *100%
stosSTP Im ZhgSTP/ZrsSTP= (Im(ZhgSTP)/Im(ZrsSTP) *100%
f[Hz] (Re(Zrs)/Re(ZrsSTP))*100%
[%] (Im(Zrs)/Im(ZrsSTP))*100%
[%] 4 83,28 105,34 6 82,39 257,44 8 84,23 38,67 10 83,10 40,27 12 81,41 74,29 14 79,53 77,85 16 79,37 80,01 18 74,53 86,12 20 76,30 87,40 22 77,97 92,50 24 79,83 91,68 26 83,31 91,74 28 84,92 91,81 30 87,58 91,40 32 92,96 91,73
Tab. 7.18 Procentowy stosunek impedancji Zrs/ZrsSTP
87
f[Hz] Re(Zpt) [hPa/l/s]
Im(Zpt) [hPa/l/s]
4 0,54 0,05 6 0,57 0,09 8 0,56 0,11 10 0,58 0,1 12 0,48 0,09 14 0,56 0,1 16 0,57 0,2 18 0,58 0,19 20 0,55 0,26 22 0,54 0,21 24 0,57 0,28 26 0,58 0,41 28 0,63 0,28 30 0,6 0,31 32 0,59 0,39
Tab. 7.19 Impedancja pneumotachometru Zpt
Pneumotachometr moŜna modelować układem RL o współczynnikach R=0,56 [hPa/l/s] i L=0,0018 [hPa/l/s2];
88
8 Literatura
[1] Barnas G.H., Yoshino K., Loring S.H., Mead J. Impedance and reactive
ohsplacement of the relaxed chest wall up to 4 Hz; J. Appl. Physiol. 62: 71-81; 1987.
[2] Cauberghs M., Van de Woestijne K.P. Effect of upper airway shunt and series
properties on respiratory impedance measurements; J. Appl. Physiol. 66(5): 2274-9; 1989.
[3] Cauberghs M., Van de Woestijne K.P. Mechanical properties of the upper airway;
J. Appl. Physiol. 55: 335-342; 1983.
[4] Daroczy B, Hantos Z. Generation of optimum pseudorandom signals for
respiratory impedance measurements; Int. J. Biomed. Comput. 25(1): 21-31; 1990.
[5] Delavault E., Sauman G., Georges R. Characterization and validation of forced
input method for respiratory impedance measurement; Respir. Physiol.40(1): 119-36; 1980.
[6] Delavault E., Saumon G., Georges R. Identification of transducers defect in
respiratory impedance measurements by forced random noise. Corection of experimental data;
Respir. Physiol. 40: 107-117; 1980.
[7] Desager K. N., Cauberghs M., Naudts J., Van de Woestijne K. P. Influence of
upper airway shunt on total respiratory impedance in infants; J. Appl. Physiol. 87: 902-909;
1999.
[8] DuBois A.B., Bothelho S.Y., Comroe J.H. A new method for measuring air
resistance in man using body plethysmograph; J. Clin. Invest. 35: 327-335; 1956.
[9] DuBois A.B., Brody A.W., Lewis D.H., Burgess B.F. Jr Oscillation mechanics of
lungs and chest in humans; J. Appl. Physiol. 8: 587-594; 1956.
[10] Duvivier C., Peslin R., Wendling F., Felicio Da Silva J., Gremillet F., Gallina C.,
Navajas D. Measurement of respiratory mechanical impedance by forced oscillations;
Innov.Tech. Biol. Med.; Vol. 11, no 4; 1990.
[11] Duvivier C., Rotger M., Fellicio da Silva J., Reslin R., Navajas D. Static and
dynamic performance of variable reluctance and piezoresistive pressure transducers for forced
oscillation measurements; Eur. Respir. Rev. 1(3): 146-150; 1991.
[12] Farre R., Navajas D., Peslin R., Rotger M., Duvivier C. A correction procedure
for the asymmetry of differential pressure transducers in respiratory impedance
measurements; IEEE Trans. Biomed. Eng. 36(11): 1137-1140; 1989.
[13] Farre R., Peslin R., Oostveen E., Suki B., Duvivier C., Navajas D. Human
respiratory impedance from 8 to 256 Hz corrected for upper airway shunt; J. Appl. Physiol.
67(5): 1973-81.; 1989.
89
[14] Ferris B. G. Jr, Mead J., Opie L. H. Partitioning of respiratory flow resistance in
man; J. Appl. Physiol. 19: 653-658; 1964.
[15] Franken H., Clement J., Van de Woestijne K.P. Systematic and random errors in
the determination of respiratory impedance by means of forced oscillations technique: a
theoretical study; IEEE Trans. Biomed. Eng. 30(10): 642-651; 1983.
[16] Gajda J., Szyper M. Modelowanie i badania symulacyjne systemów
pomiarowych; Jartek.s.c.;Kraków; 1998.
[17] Govaerts E., Cauberghs M., Demedts M., Van de Woestijne K.P. Head generator
versus conventional technique in respiratory input impedance measurements; Eur. Respir.
Rev. 4(19): 143-149; 1994.
[18] Hyatt R.E., Wilcox R.E. Extrathoracic airway resistance in man; J. Appl. Physiol.
16: 326-30; 1961.
[19] Jabłoński I. Analiza metrologiczna techniki przerywanego przepływu w
badaniach właściwości układu oddechowego; Praca doktorska; 2003.
[20] Jackson A.C., Giurdanella C., Dorkin H.L. Density dependence of respiratory
system impedances between 5 and 320 Hz in humans; J. Appl. Physiol. 67: 2323-2330; 1989.
[21] Kaczka D. W., Ingenito E. P., Suki B., Lutchen K. R. Partitioning airway and
lung tissue resistances in human: effects of bronchoconstriction; J. Appl. Physiol. 82, No. 5:
1531-1541; 1997.
[22] Latawiec W., Radliński J., Tomalak W., Myszkal W. Impedancja
pozatorakalnych dróg oddechowych; Mat. V Symp. MPM; 79-83 ; 2003.
[23] Latawiec W., Tomalak W., Radliński J. Metodyka pomiaru pozatorakalnych dróg
oddechowych; Mat. VI Symp. MPM; 45-49 ; 2004.
[24] Lorino H, Mariette C., Louis B., Lorino A.M., Harf A. Respiratory impedance
upto 250 Hz: influence of the characteristics of pressure and flow transducers; Eur. Respir.
Rev. 4, 19: 130-134; 1994.
[25] Marchal F., Peslin R., Duvivier C.,Gallina C., Crance J.P. Measurement of
ventilatory mechanical impedance in infants using a head pressure generator; Ped. Pulmonol.
7(4): 209-16; 1989.
[26] Marchal F.,Haouzi P., Peslin R., Duvivier C., Gallina C. Mechanical properties
of the upper airway wall in children and their influence on respiratory impedance
measurements; Ped. Pulmonol. 13(1): 28-33; 1992.
90
[27] Mazurek H., Marchal F., Derelle J., Moneret-Vautrin J., Monin P. Specificity and
sensitivity of respiratory impedance in assessing reversibility of airway obstruction in
children; Chest. 107: 996-1002; 1995.
[28] Mazurek H., Tomalak W. Forced oscillation technique in respiratory system
studies. II. Clinical interpretation of results in respiratory system diseases ; Pneumonol.
Alergol. Pol. 63(11-12): 685-9; 1995.
[29] Mazurek H., Willim G., Marchal F., Haluszka J., Tomalak W. Input respiratory
impedance measured by head generator in preschool children; Ped. Pulmonol. 30(1): 47-55.;
2000.
[30] Mead J. Control of respiratory frequency; J. Appl. Physiol. 15: 325-336; 1960.
[31] Michaelson E. D., Grassman E.D., Peters W.R. Pulmonary mechanics by
spectrum analysis of forced random noise; J. Clin. Invest. Vol.56: 1210-1230; 1975.
[32] Neergard J. Von, Wirz K. Die Messung der Strömungswiderstände in den
Atemwegen des menschen, insbesondere bei Astma und Emphysem; Z. Klin. Med. 105: 51-
82; 1927.
[33] Nowowiejska B, Radliński J, Tomalak W, Siergiejko G, Pawlik J, Kaczmarski M.
Własności mechaniczne układu oddechowego dzieci przedszkolnych mierzone za pomocą
oscylometrii impulsowej; Ped. Pol. 81(2): 117-120; 2006.
[34] Oostveen E., MacLeod D., Lorino H., Farre R., Hantos Z., Desager K., Marchal
F. The forced oscillation technique in clinical practice: methodology, recommendations and
future developments; Eur. Respir. J. 22: 1026-1041; 2003.
[35] Peslin R., Duvivier C., Gallina C., Cervantes P. Upper airway artifact in
respiratory impedance measurement; Am. Rev. Respir. Dis. 132: 712-714; 1985.
[36] Peslin R., Duvivier C., Jardin P. Upper airway walls impedance measured with
head plethysmograph; J. Appl. Physiol. 57: 596-600; 1984.
[37] Peslin R., Fredberg J.J. Oscillation mechanics of the respiratory system.
Handbook of Physiology. Mechanic of breathing; Am. Physid. Soc. Sect 3. Vol III chapt. 11:
145-178; 1986.
[38] Peslin R., Jardin P., Duvivier C., Begin P. In-phase rejection requirements for
measuring resistance in healthy subjects; Eur. Respir. J. 5: 86-89; 1992.
[39] Peslin R., Papon J., Duvivier C., Richalet J. Frequency response of the chest -
modeling and parametor estimation; J. Appl. Physiol. 39: 523-534; 1975.
91
[40] Radliński J, Latawiec W., Tomalak W., Myszkal W. Correction of respiratory
input impedance using values of upper airways shunt impedance; Eur. Respir. J. 22(45): 99;
2003.
[41] Radliński J., Latawiec W., Tomalak W., Myszkal W. Korekcja wartości
impedancji oddechowej za pomocą indywidualnych i średnich wartości impedancji
pozatorakalnych dróg oddechowych; Mat. V Symp. MPM: 85-89; Krynica; 2003.
[42] Radliński J., Tomalak W., Mazurek H., Pogorzelski A, Myszkal W. Porównanie
systemów pomiaru impedancji wejściowej metodą oscylacji wymuszonych – badanie
pilotowe; Mat. IV Symp. MPM: 71-77; Krynica; 2002.
[43] Tomalak W, Radliński J, Pawlik J, Latawiec W, Pogorzelski A. Impulse
oscillometry vs body plethysmography in assessing respiratory resistance in children; Ped.
Pulmonol 41: 50-54; 2006.
[44] Tomalak W, Radliński J, Pawlik J, Latawiec W, Myszkal W. Correlation of IOS-
oscillometric model parameters (central and peripheral resistances) to spirometric indices in
children; Eur. Respir. J. 49: 119; 2005.
[45] Tomalak W. Weryfikacja sześciowspółczynnikowego modelu układu
oddechowego uŜywanego do interpretacji oddechowej impedancji skrośnej w zakresie 2..64
Hz; Praca na stopień doktora nauk technicznych; Rabka; 1993.
[46] Tomalak W. Wybrane aspekty badania mechaniki oddychania i modelowania
systemu oddechowego przy uŜyciu techniki oscylacji wymuszonych; Praca na stopień doktora
habilitowanego; Rabka; 1998.
[47] Tomalak W. Technika oscylacji wymuszonych. Część I. ZałoŜenia metodyczne
definicje, sprzęt; [w]: Kowalski J., Kosłowski A., Radwan L. red. Ocena czynności płuc w
chorobach układu oddechowego. Wyd. Borgis; 330-343; Warszawa; 2004.
[48] Tomalak W., Elbousefi A., Kurzawa R., Doniec Z. Diurnal variations of
respiratory system resistance and compliance derived from input impedance in asthmatic
children; Respir. Physiol.123(1-2): 101-8; 2000.
[49] Tomalak W., Hałuszka ZaleŜność oporu systemu oddechowego od przepływu u
dzieci z astmą oskrzelową; Alerg. Ast. Immunol. 4: 190-193; 1999.
[50] Tomalak W., Mazurek H., Ciołek G., Willim G. Forced oscillation technique in
respiratory system studies. III. Compliance and airway resistance in children with lung
fibrosis ; Pneumonol. Alergol. Pol. 63(11-12): 690-4; 1995.
[51] Tomalak W., Peslin R., Duvivier C. Respiratory tissue properties derived from
flow transfer function in healthy humans ; J. Appl. Physiol. 82: 1098-1106; 1997.
92
[52] Tomalak W., Peslin R., Duvivier C., Gallina C. Optimal frequency range to
analyze respiratory transfer impedance with six-element model; J. Appl. Physiol. 75: 2656-
2664; 1993.
[53] Van de Woestijne K.P., Cauberghs M. The upper airway artifact; Eur. Respir.
Rev. 3, Vol. 13; 1991.
[54] Wohl M.E., Stigol L.C., Mead J. Resistance of the total respiratory system in
healthy infants and infants with brionchiolitis; Pediatrics. 43: 495-509; 1969.
[55] Zwart A., Van de Woestijne K.P. Mechanical Respiratory Impedance by forced
oscillation ; Eur. Respir. Rev. 19; Vol.4; 1994.
[56] Zwart A.,Peslin R. Mechanical Respiratory Impedance: the forced oscillation
method ; Eur. Respir. Rev. 3; Vol.1; 1990.
[57] www.mathworks.com/access/helpdesk_r13/help/techdoc/ref/fmins.html.
