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Analogue computer for study of breathing mechanics

  • R. McWilliam
  • A. H. Adams
Article

Abstract

This report describes a simple analogue computer, developed for the analysis of breathing mechanics. The complete apparatus consists of 2 transducers (for pressure and flow), 6 operational amplifiers, 1 multiplier, 4 coefficient and 4 preset potentiometers, an oscilloscope, counter unit and programme board. The computation is performed in real time on continuous variables, by a null method, using the oscilloscope to display the output. The equipment is being applied to the study of airway obstruction in lung disease. As well as the usual compliance and resistance, a factor related to collapsibility of the airways has been measured. The apparatus is easy to handle, gives results quickly, and is flexible enough to be used to explore relationships between variables as well as to measure familiar quantities.

Keywords

Analogue Computer Operational Amplifier Breathing Rate Phase Loop Relay Contact 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Résumé

Cet exposé décrit un calculateur anlogique simple, qui a été mis au point pour l'examen du système respiratoire. L'appareil complet consiste en deux convertisseurs de mesures (pour pression et débit), six amplificateurs fonctionnels, un circuit de multiplication, quatre potentiomètres pour la reproduction de coefficients et quatre potentiomètres préréglés, un oscillographe, un compteur et un tableau de programme. Le calcul s'effecture par la méthode de réduction à zéro en temps réel sur des variables constantes. l'information sortante étant représentée sur l'oscillographe.

L'appareil est employé pour examiner les obstructions des voies respiratoires dans les cas de maladies pulmonaires. On mesure également de cette façon la souplesse et la résistance—le facteur usuel pour l'affaissement des voies respiratoires. L'appareil est simple à manier, il fournit les résultats rapidement et son emploi est d'une multiplicité telle qu'on peut l'utiliser aussi bien pour l'examen de rapports entre variables que pour la mesure de grandeurs d'ordre connu.Fig. 1. Schéma fonctionnel du calculateur.Fig. 2. Programmation pour la mesure de la souplesse, de la résistance et du facteur d'affaissement des voies respiratoires.Fig. 3. Tracé de quelques opérations du calcul: (a) Indication originale réglée sur le point de référence. (b) Après déduction du composant de souplesse. (c) Après élimination du facteur voie respiratoire. (d) Mesure de la résistance de base.

Zusammenfassung

Dieser Bericht beschreibt einen einfachen Analogrechner, der zur Untersuchung des Atemmechanismus entwickelt wurde. Das vollständige Gerät besteht aus zwei Meßwertwandlern (für Druck und Durchsatz), sechs Funktionsverstärkern, einer Multiplizierschaltung, vier Potentiometern zur Darstellung von Koeffizienten und vier voreingestellten Potentiometern, einem Oszillographen, einem Zählgerät und einer Programmtafel. Die Rechnung erfolgt durch die Nullmethode in reeller Zeit über stetigen Variablen, wobei die Ausgangsinformation am Oszillographen dargestellt wird.

Das Gerät wird zur Untersuchung der Vertopfung der Luftwege bei Lungenkrankheiten eingesetzt. Ebenso wird damit die Nachgiebigkeit und Festigkeit—der übliche Faktor für das Zusammenfallen der Luftwege—gemessen. Das Gerät ist leicht zu bedienen, liefert die Ergebnisse in kurzer Zeit und ist so vielfältig verwendbar, daß es sowohl für die Untersuchung von Beziehungen zwischen Variablen als auch zur Messung bekannter Großen eingesetzt werden kann.Abb. 1. Funktionsschaltbild des Rechners.Abb. 2. Programmierung für die Messung des Nachgiebigkeits-, Festigkeits- und Zusammenfallfaktors der Luftwege.Abb. 3. Aufzeichnung einzelner Stufen der Rechnung: (a) Originalanzeige auf Bezugspunkt einestellt. (b) Nach Abzug der Nachgiebigkeitskomponente. (c) Nach Wegfall des Luftwegfaktors. (d) Messung des Grundwiderstandes.

Резюме

Реферат описывает простой моделирующий вычисиительный аппарат, развитый для исследования дыхательного механизма. Комппектный аппарат состоит нз двух преобразователей измерлемой величины (для давления и пропуска), шестм функциональных усилителей одной мультиппикаторной схемы, четырёх потенциометров для изображения коэффициентов и четырёх предварительно регулированных потенциометров, одного осциллографа, одного счётного прибора и одного программного щита. Вычисление производится нулевым методом в действительном времени над непрерывными переменными, причём исходная информацня нзображается осциллографом.

Аппарат применяется для нсследования закупорки дыхательных путей при легочных заболеваниях. Им нзмеряются также упругость и прочность—обычные факторы при обрушивании дыхательных путей. Аппарат обслуживается легко, даёт результаты в кратчайший срок и такой многосторонний, что прнменим как длр нсследования взаимоотношений между переменными, так и для измерения. известных величих. Рис. 1. Функциональная схема вычислительного аппарата.ё Рис. 2. П→ограммирование для измерения фактора упругости, прочности и обрушивания дыхательных пртей. Рис. З. З.апись огделяных этапов вычицления: (а) Оригинальная нндикацикания, установленная на эталонную точку (б) После вычета составляющей упругости. (с) Посые устрнения фактора дыхательных путей. (д) Измерение основного сопротивдения.

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References

  1. Briscoe, W. A. andDubois, A. B. (1958) The relationship between airway resistance, airway conductance and lung volume in subjects of different age and body size.J. clin. Invest.,37, 1279–1285.CrossRefGoogle Scholar
  2. Butler, J., Caro, C. G., Alcala, R. andDubois, A. B. (1960) Physiological factors affecting airway resistance in normal subjects and in patients with obstructive respiratory disease.J. clin. Invest.,39, 584–591.Google Scholar
  3. Butler, J., White, H. C. andArnott, W. M. (1957) The pulmonary compliance in normal subjects.Clin. Sci.,16, 709–729.Google Scholar
  4. Dayman, H. (1951) Mechanics of airflow in health and in emphysema.J. clin. Invest.,30, 1175–1190.Google Scholar
  5. Dubois, A. B. andRoss, B. B. (1951) A new method for studying the mechanics of breathing using a cathode ray oscillograph.Proc. Soc. exper. Biol. Med.,78, 546–549.Google Scholar
  6. Ehrner, L. andNisell, O. (1959) Variability of some characteristics of respiratory mechanics in normal adults.Acta med. Scand.,164, 95–103.CrossRefGoogle Scholar
  7. Fry, D. L., Ebert, R. V., Stead, W. W. andBrown, C. C. (1954) The mechanics of pulmonary ventilation in normal subjects and in patients with emphysema.Amer. J. Med.,16, 80–97.CrossRefGoogle Scholar
  8. McCall, C. B., Hyatt, R. E., Noble, F. W. andFry, D. L. (1957) Harmonic content of certain respiratory flow phenomena of normal individuals.J. appl. Physiol.,10, 215–218.Google Scholar
  9. Mead, J., Lindgren, I. andGaensler, E. A. (1955) The mechanical properties of the lungs in emphysema.J. clin. Invest.,34, 1005–1016.Google Scholar
  10. Mead, J. andWhittenberger, J. L. (1953) Physical properties of human lungs measured during spontaneous respiration.J. appl. Physiol.,5, 779–796.Google Scholar
  11. Miller, J. H. andSimmons, D. H. (1960) Rapid determination of dynamic pulmonary compliance and resistance.J. appl. Physiol.,15, 967–974.Google Scholar

Copyright information

© Pergamon Press Limited 1963

Authors and Affiliations

  • R. McWilliam
    • 1
  • A. H. Adams
    • 1
  1. 1.Medical Research Council, Poliomyelitis CentreWest Hendon HospitalLondon

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