Методы исследования механики дыхания

Легочные объемы, измеряемые методами флоуметрии. Флоуметрия на основе трубок Флейша и Лилли, другие методы измерения дыхательного потока.
Px-y=k*dV/dt
∫ Px-y*dt= ∫k*dV= k*V

Метод плетизмографии всего тела, его применение для измерения ФОЕ.

Комплексное функциональное исследование
внешнего дыхания
Комплексная установка
серии «MasterScreen»
(«E.Jaeger», Германия):
Спирометрия
Бодиплетизмография
Определение диффузионной способности легких
Определение эластических свойств легких
Определение газового состава крови:
«Comact-2» (фирма «AVL», Австрия

Метод плетизмографии всего тела, его применение для измерения ФОЕ
Уравнение для плетизмографа
P1V1 = P2(V1-∆V), точнее- адиабата
для легких P3V2 = P4(V2+∆V),
Величина ФОЕ:
V2 = P4(P2-P1)V1/(P2(P3-P4)),
Для адиабаты получить самим

Метод плетизмографии всего тела, его применение для измерения R

Измерение объема легких с помощью индикаторного газа

Измерение сопротивления дыхательных путей методом прерывания потока

Импульсная осциллометрия:
физические принципы метода

1. Физические принципы метода - Осцилляторная механика дыхания
Импульсная осциллометрия – один из методов осцилляторной механики дыхания.
Осцилляторной механикой дыхания называют область механики дыхания, посвященную исследованию колебательных процессов в дыхательном тракте на частотах от долей Гц до десятков кГц.
Исследование биомеханики колебательных процессов в системе дыхания началось в середине 20-го века, с работ A. Dubois и соавторов, предложивших метод вынужденных колебаний [Dubois et al., 1956]. Они же разработали первые математические модели дыхательного тракта, описывающие колебательные процессы.

Модели, применяемые в осцилляторной механике дыхания
Соотношение между размерами легких L и характерной длиной волны l рассматриваемого процесса в легких. На рис Б, В схематично представлены профили давления в легких для быстрого процесса (Б) и медленного процесса (В). Если l >> L, то можно применять модели с сосредоточенными параметрами (В), в противном случае надо учитывать распространение механической волны по легким и применять модели с распределенными параметрами (Б).
А Б В

Схема установки для измерения механического импеданса дыхательного тракта методом вынужденных колебаний.
Представлена установка, предназначенная для измерения импеданса в диапазоне частот от 5 до 64 Гц. С помощью ЭВМ создается сигнал, содержащий колебания с заданным спектром. Осциллятор (громкоговоритель) создает колебания давления и потока в диапазоне частот 5-64 Гц, которые поступают в пневматический тракт установки. Частично этот осцилляторный поток уходит в атмосферу (на схеме – левая ветвь пневматического тракта установки), а частично – в дыхательную трубку, мундштук и далее в дыхательные пути исследуемого человека (на схеме – правая ветвь пневматического тракта). Колебания давления и потока в дыхательной трубке измеряются датчиком давления М и датчиком потока ДП соответственно.

Механический импеданс
Если колебания давления и
потока
представлять в комплексном виде,
то импеданс равен отношению комплексных величин давления и потока
Импеданс является комплексным числом (здесь i - мнимая единица).
Модуль импеданса равен отношению амплитуд колебаний давления и потока ,
фаза импеданса равна фазовому сдвигу между давлением и потоком
действительная часть импеданса и
мнимая часть импеданса (реактанс) .
Θrs =Θp-Θv

Методы вынужденных колебаний и импульсной осциллометрии
В диапазоне низких частот широко распространен метод вынужденных колебаний (МВК) или метод форсированных осцилляций в англоязычной терминологии (forced oscillation technique). Создают колебания потока газа и давления с частотами в диапазоне примерно от 5 до 64 Гц. Колебания давления регистрируют манометром, а потока – пневмотахометром. Вычисляют величины действительной и мнимой частей механического импеданса, характеризующие соотношение между колебаниями давления и потока. В методе импульсной осциллометрии (один из вариантов метода вынужденных колебаний) в дыхательный тракт подаются импульсы давления и потока.

Пример зависимости импеданса от частоты

Электромеханические аналогии в системе дыхания.
Электромеханические аналогии в системе дыхания.
А - "механическая" модель системы дыхания;
Б - схема шестиэлементной модели механики дыхания;
В - схема трехэлементной модели механики дыхания.
1 - вход в дыхательные пути, 2 - поверхность грудной клетки.

Измерение импеданса дыхательного тракта
Скорректированный импеданс дыхательного тракта человека в положениях тела сидя и лежа
Электромеханические аналогии: А- модель прибора, - переменные давление и поток;
Zm – измеряемый импеданс,
Irs, Rrs, Crs,
Ic, Rc, Cc;
Iuaw, Ruaw, Cuaw
– инерционность I, сопротивление R, растяжимость C дыхательного тракта без коррекции и с коррекцией; верхних дыхательных путей.

Модель с распределенными параметрами (дерево дыхательных путей)
n - номер поколения ветвления дыхательных путей
М - масса на единицу длины дыхательных путей, г/см;
L - вязкость на единицу длины, г(см с);
К - упругость на единицу длины дыхательных путей, г/(см с2)

Теоретический анализ влияния объема легких человека на дыхательный импеданс

Варианты метода и приборов
(Nicon Cohden). 2. “Siregnost FD 5” (Siemens). 3. “Custo vit R” (Customed, Bultic Amadeus).
4. “Astograph TCK-6000CV” (Chest). 5. Pulmosfor (SEFAM). 6. Пневмотест-М (ИМБП, TFG,DDR) 6. MS IOS (E. Jaeger). 7. Прибор «Спиро» (НИИИТ)
4. “Astograph TCK-6000CV” (Chest). 5. Pulmosfor (SEFAM).