Respiratory simulator for robotic respiratory tract treatments

Abstract

General rightsThis document is made available in accordance with publisher policies. Please cite only the published version using the reference above. Abstract-Robotic healthcare is a growing and multi-faceted field where robots help perform surgery, remotely provide care to patients, aid in supplying various physical therapies and further medical research. Robotic simulators of human physiology provide a powerful platform to advance the development of novel treatments, prostheses and therapies. This study focuses on the design, building, testing and characterisation of a novel simulator of the human respiratory system. The comparison between healthy subjects breathing and coughing physiological values and the values achieved utilising our novel bioinspired respiratory simulator shows that the latter is able to reproduce peak flow rates and volumes.

Numeric Investigation of Non-Stationary Dust-Containing Airflow and Deposition of Dust Particles in the Lower Airways

“…Полученные в настоящем исследовании результаты хорошо согласуются с результатами отдельных исследований. Используемый закон изменения объемного расхода воздуха в сечение входа в трахею в процессе дыхания близок к закону, представленному в работах [26,27], посвященных исследованию нестационарное течение воздуха в верхних воздухоносных путях от входа в носовую полость до выхода из трахеи, а также хорошо согласуется с экспериментальными данными, представленными в [39]. Данные по дыхательному объему за один вдох согласуются с известными медицинскими данными [38,39] и данными математических моделей дыхательной системы [29,30,19].…”

“…Трехмерная геометрия нижних воздухоносных путей, полученная на основе томографических снимков, в аксонометрии (вид спереди).Дыхание является нестационарным процессом, движение воздуха осуществляется за счет разности давлений между атмосферой и входом в легкие. У здоровых взрослых людей за один вдох в легкие поступает около 500 мл воздуха (дыхательный объем); в минуту человек совершает около 15 дыхательных циклов[38,39]. Предполагается, что один цикл дыхания (вдох -выдох) у человека в среднем занимает 4 секунды, продолжительность вдоха и выдоха составляют по 2 секунды.…”

“…Предполагается, что один цикл дыхания (вдох -выдох) у человека в среднем занимает 4 секунды, продолжительность вдоха и выдоха составляют по 2 секунды. На входе в трахею задается постоянное давление, равное атмосферному ( in 101325 p  Па), давление на выходах из системы бронхов определяется по периодическому закону, граничных условиях средний расход воздуха в сечении входа во время вдоха составляет 15 л/мин (0.25 л/с); в течение одного вдоха продолжительностью 2 с в воздухоносные пути поступает 0.5 л воздуха, что соответствует литературным и экспериментальным данным[38,39]. График входного расхода воздуха в процессе дыхания представлен на рисунке 2.Рис.…”

A Bioinspired Active Robotic Simulator of the Human Respiratory System

“…This modular approach aids the ability to use the simulator for testing medical devices. In contrast to our previous low-fidelity respiratory system simulator prototype that could produce limited flow rate patterns (triangular and square waves) [23], here we have significantly increased the accuracy and complexity of flow rate profile reproduction. The novel characterization and parametrization united with an accurate control system allows us to effectively reproduce the peaks and valleys of complex and diverse time-varying flows of breathing and coughing.…”

Artificial Intelligence for Long-term Respiratory Disease Management

“…It is also determined that some 235 million people suffer from asthma [7]. While significant progress has been made to predict, monitor and treat respiratory disease [14][15][16] there is still significant exploration required.…”