An application supporting the educational process of the respiratory system obstructive diseases detection

eng Artykuł w języku angielskim DOI:

Grzegorz Redlarski , Jacek Jaworski , wyślij Piotr Mateusz Tojza Electrical and Control Engineering Faculty at Gdańsk University of Technology

Pobierz Artykuł

Abstract

The paper presents a description of functioning of a platform supporting the detection of obstructive diseases in the respiratory system education process. A 16-parameter model of the respiratory system simulated in the MATLAB/Simulink environment was set in the role of the tested patient. It has been linked to the control layer, developed in the LabVIEW environment, using the SIT library (Simulation Interface Toolkit). This layer is responsible for the modification of the model's parameters and the generation of the results of the respiratory impedance measurements using forced oscillation method. The application is a solution that provides a lot of flexibility in the education of students studying courses related to biomedical engineering and health sciences, and can easily be implemented to work as a problem-oriented e-learning solution.

Keywords

computer application, lungs, obstructive diseases

Aplikacja wspomagająca procesy edukacyjne w zakresie wykrywania chorób obturacyjnych układu oddechowego

Streszczenie

W publikacji zaprezentowano działanie platformy wspomagającej edukację w zakresie wykrywania chorób obturacyjnych układu oddechowego. Rolę badanego pacjenta pełni 16-elementowy model układu oddechowego, symulowany w środowisku MATLAB/Simulink. Został on połączony z warstwą sterowania, wykonaną w środowisku LabVIEW, przy pomocy biblioteki SIT (Simulation Interface Toolkit). Warstwa ta odpowiada za modyfikację parametrów modelu oraz generowanie wyników pomiaru impedancji układu oddechowego za pomocą oscylacji wymuszonych. Wykonana aplikacja jest rozwiązaniem zapewniającym dużą elastyczność w kształceniu studentów związanych inżynierią biomedyczną i naukami o zdrowiu i bardzo łatwo może być wdrożona do pracy jako rozwiązanie e-learningowe, zorientowane problemowo.

Słowa kluczowe

aplikacja komputerowa, choroby obturacyjne, płuca

Bibliografia

  1. Lehnen J., Panaszek B., Pluta J., Bohater P., Choroby dróg oddechowych, MedPharm, Wrocław 2011.
  2. Massaro D., Massaro G., Estrogen regulates pulmonary alveolar formation, loss, and regeneration in mice, “American Journal of Physiology Lung Cellular and Molecular Physiology”, 6/2004, L1154-L1159.
  3. Officer T., Pellegrino M., Brusasco V., Rodarte J., Measurement of pulmonary resistance and dynamic compliance with airway obstruction, “Journal of Applied Physiology”, 5/1998, 1982-1988.
  4. Piwowar P., Pomiar mechanicznych parametrów dróg oddechowych metodą wymuszania krótkotrwałych, ujemnych impulsów ciśnienia, Rozprawa doktorska, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków 2006.
  5. Piwowar P., Diagnosing human’s airduct disease by negative pressure impulse method, Proceedings of the 23rd IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, Sorento, Italy, 2006.
  6. Peslin R., Computer simulation of respiratory impedance and flow transfer functions during high frequency oscillations, “British Journal of Anaesthesiology”, 7/1989, 91-94.
  7. Rotger M., Peslin R., Duvivier C., Navajas D., Gallina C., Density dependence of respiratory input and transfer impedances in humans, “Journal of Applied Physiology”, 2/1988, 928-933.
  8. Cauberghs M., Van de Woestijne K., Mechanical properties of the upper airway, “Journal of Applied Physiology”, 2/1983, 335-342.
  9. Peslin R., Duvivier C., Jardin P., Upper airway walls impedance measured with head plethysmograph, “Journal of Applied Physiology”, 2/1984, 596-600.
  10. Ritz T. et al, Special report. Guidelines for mechanical lung function measurements in psychophysiology, “Psychophysiology”, 5/2002, 546-567.
  11. Carvalho A., Zin W., Respiratory Mechanics: Principles, Utility and Advances, [in:] Gullo A., „Anaesthesia, Pharmacology, Intensive Care and Emergency Medicine A.P.I.C.E.”, Springer Milan, Milan 2011.
  12. Weinberger S. E., Cockrill B. A., Mandel J., Principles of Pulmonary Medicine 5e, Saunders Elsevier, Philadelphia 2008.
  13. Rajagiri A., Diong B., Goldman M., Nazeran H., Can Asthma in Children be Detected by the Estimated Parameter Values of the Augmented RIC Model?, Proceedings of the 28th IEEE EMBS Annual International Conference, New York City, USA, 2006.
  14. DuBois A. B., Brody A.W., Leuis D. H., Burgess B. F., Oscillation mechanics of the lung and chest in humans, “Journal of Applied Physiology”, 8/1956, 587-594.
  15. Dellaca R.L. et al, Expiratory flow limitation detected by forced oscillation and negative expiratory pressure, “European Respiratory Journal”, 2/2007, 363-374.
  16. Faria A. et al, Forced oscillation technique in the detection of smoking-induced respiratory alterations: diagnostic accuracy and comparison with spirometry, “CLINICS”, 12/2010, 1295-1304.
  17. [http://www.biomedical-engineeringonline.com/content/8/1/22] - Faria A. et al, Evaluating the forced oscillation technique in the detection of early smoking-induced respiratory changes, “BioMedical Engineering OnLine”, 8/2009.
  18. Tadeusiewicz R., Augystyniak P., Podstawy inżynierii biomedycznej, Wydawnictwa AGH, Kraków 2009.
  19. Izworski A., Koleszyńska J., Tadeusiewicz R., Bulka J., Wochlik I., GIGISIM (Glucose-Insulin and Glycemic Index Web Simulator) - the online system supporting diabetes therapy, The IASTED International Conference on Telehealth ACTA Press Calgary, Canada, 2005.
  20. Lehmann E. D., Interactive educational simulators in diabetes care, “International Journal of Medical Informatics”, 1/1997, 47-76.