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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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肺纤维化的严重程度的调查人类呼吸系统的动态模型

经济部萨哈1,Subhabrata穆克吉2
  1. B。理工大学学生,AEIE称,传统技术研究所、加尔各答,印度西孟加拉邦
  2. B。理工大学学生,AEIE称,传统技术研究所、加尔各答,印度西孟加拉邦
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文摘

在这个工作中,肺纤维化的严重程度是评估通过开发电动模型。这个模型是一个电类比人类呼吸系统的生物结构。电气模型组成的电阻(R)、电容(C)和电感(L),可以由不同的计算研究发展中传递函数的模型。这有助于定性调查和评估肺纤维化的严重程度的不同阶段。各种工具(如状态空间模型)已经通过我们为了验证该模型的有效性。肺的肺泡的生理状态条件都观察到计算时间和频域响应。肺的肺泡遵从性决定了临界肺部疤痕或纤维化。

关键字
肝纤维化;呼吸系统;电模式;时间/频域响应;状态方程技巧;稳定性分析;遵从性。

介绍
肺纤维化的潜在的原因可能是由于吸入石棉、地面石头或金属粉尘;然而如果原因是未知的条件称为特发性肺纤维化。在过去二十年已经观察到,死于肺纤维化的概率是随着年龄的增长而迅速增加[1 - 3]。据,美国胸科学会和欧洲呼吸协会,最常见的死亡原因是进步的肺病(60%的死亡),其中特发性肺纤维化是很常见的[4 - 5]。
研究者提出了多种模型来研究肺呼吸性能相关的合规和空气阻力。格雷厄姆Sturton等人表明变化的生理结构分航空公司(< 2毫米直径)主要是负责慢性阻塞性肺疾病(COPD) [6]。2006年,b .变速器等人描述一个基于电路的呼吸系统的模型,有助于各种障碍物的检测和诊断相关疾病的人类呼吸系统[7]。p·塞格尔和r . De大尺度提出了一个技术提供呼吸气道的力学参数(电阻、惯性和合规)从形态的洞察力使分数阶模型与病理变化的相关性。调查人员制定一套方程考虑了各种解剖方面,如内半径、壁厚、管长度,和组织结构,每个气道级别有效压降模型,壁弹性,流和气流速度(轴向和径向)。他们研究的影响肺部疾病的内半径和弹性模量影响支气管树[8]。
声音传播的理论模型在呼吸道内的胸壁运动由于墙的大型航空公司提出了k·n·史蒂文斯et al . .声道,气管,支气管代前五都实现了从100年到600赫兹频率范围的一个等价的音响电路。这个电路成为可能估计的大小气管运动在回应一个声波扰动。模型估计加速度的大小在额外的胸气管和三个地方后胸部在同一垂直面。传播的预测光谱特性与前面的实验观测证实[9]。克拉拉Ionescu埃里克•Derom罗宾德大2010年1月,为评估呼吸力学性能(6、12)。一个复杂的迭代公式,加权非线性最小二乘参数估计方法提出了人类呼吸系统提供生理数据呼吸系统的性能[10]。t . Sbrana et al . 2011年,提出了一个模型来模拟呼气阶段人类呼吸系统模拟人类的肺支气管抗性在MATLAB环境中过期。该模型的输入是肺活量的值[11]。介绍了分数阶模型在通风机疾病的临床研究肺组件相关的结构性变化的诊断肺癌的惯性气流、合规的气管和阻力提供的呼吸道比较电感,电容和电阻。
本文所代表的人类通气系统已经通过电子模型,模拟了肺纤维化的严重程度的评估。以评估通气性能、肺合规(C)和肺气道阻力(R)是两个重要的参数。这里,我们也考虑惯性的空气流,其电类比是电感(L)。为此,肺部呼吸机模型传递函数形式由R、L和c驱动压力,使得气流在肺部被认为是大气压力之间的压差和肺泡的压力。分析在肺纤维化,我们模拟了三种不同的肺的电气模型条件我)正常2)和3)高度受到影响不同合规的肺。
本文分为四个部分开始呼吸系统的电气模型。下一节介绍了与纤维化相关的呼吸问题。第三个处理验证我们提出的模型呼吸系统的状态空间分析技术的应用。在结果和讨论部分,我们丰富了我们的研究利用,伯德图阶段保证金和肺泡之间的相关性合规已被证明。这项工作的结论是在第四部分简要讨论。

电呼吸系统的建模
图1展示了肺部和呼吸道的生理结构的等效电路表示在图2中。在图2中,气管(最大的气道截面积在呼吸道航空公司)是由电阻Rt,气流惯性被Lt表示,Rb1和工程师是主支气管(左、右横截面较小的区域相对于气管),然而,气流惯性支气管的特点是两派和Lb2(电子电感)。组装,包括细支气管和肺泡的集群(图1)是一个串联的电阻器房车和有效的电容器在图2 Cv。

呼吸系统疾病与肺纤维化有关
肺纤维化,也称为肺纤维化,是发生在肺泡临床条件,或气囊,发炎和瘢痕的肺部组织。由于气囊的疤痕,肺组织纤维组织逐渐取代了空气。纤维组织较厚和硬,因此阻止囊吸入氧气。
肺泡弹性通过描述其合规的电模拟电容(图2)。

传递函数的数学表示
图像
,再保险和代表的有效电阻和电感支气管分别(左和右),签证官和Vi分别显示肺泡和大气压力。

提出电气模型的验证
答:通过状态空间技术研究肺纤维化
我们已经观察到的反应肺纤维化的呼吸系统有三个不同的阶段。1)健康即正常2)影响和iii)严重影响肺泡。正常的肺疾病中,我们选择空气方式阻抗恒定和电气合规与简历平均= 0.01升/厘米的水。
Stage1:说明病人的alveloi在健康状况(正常)
我们学习了呼吸系统使用状态空间模型的性能通过H2O-sec Rt值= 4.5厘米。/升,Re = 9厘米。H2O-sec。/升,房车= 15厘米。H2O-sec。/升,Lt H2O-sec = 0.043厘米。2 /升,Le = 0.17厘米。H2O-sec。2/liter, Cv=0.01 Liter transfer function is
图像
利用状态空间模型的概念,我们有下面的矩阵计算(来自Eq。2)。呼吸系统评估矩阵
图像
最后系统的特征值是0和-1.3380。
Stage2:陈述肺泡状况的影响
在类似的技术,我们模拟的反应影响肺泡条件使用状态空间模型。空气,保持呼吸道阻抗不变,我们已经改变了肺泡合规0.001升/厘米的水。传递函数一样
图像
仿真结果中观察到的状态空间矩阵。因此,呼吸系统矩阵
图像
系统的特征值计算为0和-0.1338。
Stage3:肺泡合规声明严重影响肺泡条件减少由于长期暴露在大量的毒素和污染物。遵循类似的计算方法和选择简历的价值= 0.0001升/厘米水的传递函数(Eq.1)
图像
结果表明,特征值表明疤痕的严重性的肺部组织。作为特征值,特征方程的根的呼吸系统,正接近splane的来源复杂,疾病的严重程度增加。

结果和讨论
我们进一步丰富了我们与波德图的模拟过程。再一次,我们分类肺泡正常条件,影响和高度的影响。同样考虑到airway-impedance和肺泡合规简历= 0.01升/厘米的水,观察到的波德情节如图4所示。频域相位幅度,这是一个规范,用于评估通风机的相对稳定性被认为是50.40。在第二阶段中,我们选择的简历为0.001升/厘米。不良的水,肺泡状态,预示了大小和相位图显示在图5显示阶段的呼吸系统点= 5.40。简历= 0.0001升/厘米的水,在第三阶段,我们有监控的波德图描绘在图6为严重纤维化病人的影响。0.540阶段保证金是量子化的。
阶段的利润减少的严重程度在肺纤维化,吓唬。仿真结果总结在表ii。

结论
在这工作一个电气模型组成的无源元件已经测试三组:健康、影响、严重影响肝纤维化患者。这项工作的主要目的是确定不同的反应的健康个体和肺有伤痕累累。一直在监控和积累的差异表格形式。纤维组织对肺部的影响被评估的稳定性分析

表乍一看
表的图标 表的图标
表1 表2

数据乍一看
图1 图2 图3
图1 图2 图3
图4 图5 图3
图4 图5 图6

引用