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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Vitor Mori
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2019
Supervisor
Committee
Moriya, Henrique Takachi (President)
Aoki, Fabio Gava
Biselli, Paolo José Cesare
Cruz, Andrea Fonseca da
Pazetti, Rogerio
Title in Portuguese
Avaliação de parâmetros da mecânica respiratória pela técnica das oscilações forçadas em pequenos animais sob a presença de respiração espontânea.
Keywords in Portuguese
Biomedicina
Esforços de respiração espontânea
Impedância respiratória de entrada
Índice de distorção harmônica
Modelo de fase constante
Processamento digital de sinais
Respiração
Técnica das oscilações forçadas
Abstract in Portuguese
Nesse trabalho propusemos uma manipulação alternativa para o processamento digital de sinais quando um ruído devido a esforços de respiração espontânea, que consiste numa queda abrupta no sinal de pressão de saída num curto intervalo de tempo, se manifesta durante a realização da Técnica das Oscilações Forçadas (FOT), por meio da utilização de um equipamento comercial (flexiVent, SCIREQ, Montreal, Canadá). Uma vez que o sinal mais utilizado nesse equipamento consiste em 2 períodos de 2 segundos com sobreposição de meio período, totalizando um sinal de 3 segundos (QuickPrime-3 ), caso tal ruído surja no primeiro ou no último segundo, ainda seria possível a análise de um período completo sem disrupção. Dessa forma, hipotetizamos que com um período completo de 2 segundos ainda seria possível a extração de informações fisiológicas relevantes de pequenos animais mesmo na presença desse tipo específico de ruído, fazendo com que dados que seriam descartados possam ser reaproveitados e, eventualmente, evitando a utilização e consequente sacrifício de um número maior de animais. Testamos nossa hipótese em um conjunto previamente adquirido de dados da FOT em camundongos submetidos a metacolina por injeções em bolus e infusão contínua, em diferentes doses ou taxas de infusão, onde a disrupção foi simulada computacionalmente como uma queda abrupta no sinal de pressão de saída num curto intervalo de tempo. Avaliamos não só os parâmetros do Modelo de Fase Constante (CPM ) como também a qualidade do ajuste do modelo à impedância estimada (Coeficiente de Determinação, COD) e o índice de distorção harmônica que visa quantificar o grau de não linearidade do sistema. Observamos que não houve diferença estatisticamente significante entre o sinal completo de 3 segundos sem ruído e o período completo de 2 segundos sem ruído para a comparação entre os parâmetros do Modelo de Fase Constante (Resistência, Viscância e Elastância), em nenhuma dose ou taxa de infusão de metacolina para a administração de broncoconstritor por meio de injeções em bolus ou infusão contínua. Além disso, observamos que, a menos do valor basal do índice de distorção harmônica (após administração de solução salina) não há diferença estatística na comparação do índice de distorção harmônica de ambos os sinais. Dessa forma, concluímos que, apesar das limitações do trabalho, a utilização de um período completo de 2 segundos se mostra uma alternativa simples e de fácil implementação para se extrair informações fisiológicas de realizações da FOT onde esforços de respiração espontânea se manifestam.
Title in English
Assesment of respiratory mechanics parameters by the forced oscilations technique in small animals under spontaneous breathing efforts.
Keywords in English
Constant phase model
Forced oscillations technique
Harmonic distortion index
Input respiratory impedance
Spontaneous breathing efforts
Abstract in English
In this thesis we proposed an alternative approach to the signal processing when noise from spontaneous breathing efforts, consisting in a sharp drop in the output pressure signal within a short timescale, manifests during the Forced Oscillations Technique (FOT) realization through a commercial device (flexiVent, SCIREQ, Montreal, Canada). Once the most widely used signal consists in 2 2-seconds epochs with a half period overlap, leading to a 3-seconds signal (QuickPrime-3 ), such noise in the first or in the last second of the signal would still have a full non-disrupted period. Therefore, we hypothesized that a single 2-second full period would be able to provide relevant physiological information in small animals even when disruptions from spontaneous breathing efforts manifest. Consequently, data sets that would have been discarded could be used, avoiding the sacrifice of more animals. We tested our hypothesis in a previous collected FOT dataset in mice under bronchoconstriction due to methacholine administration by bolus injections or continuous infusion in different doses or infusion rates. Disruption was computationally simulated as a sharp drop in pressure level within a short timescale. We assessed not only Constant Phase Model (CPM ) parameters but also model goodness of fit (Coefficient of Determination, COD) and the index of harmonic distortion, aiming to estimate system nonlinearity degree. We found no statistically significant difference between the original 3-s signal and the 2-s epoch without disruption in Constant Phase Model parameters (resistance, tissue damping and elastance) comparisons for both, bolus injections and continuous infusion of methacholine, in different doses or infusion rates. Furthermore, we also found that the difference between bronchoconstricted and baseline harmonic distortion index values in both signals do not show statistically significant differences. Hence we can conclude that although the proposed technique presents limitations, it is a simple and of easy implementation tool in order to extract physiological information from FOT data in which spontaneous breathing efforts manifest.
 
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Publishing Date
2019-11-21
 
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