bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2023-21-1-19-25bsuir-3560Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSМатематическая модель для оценки объемных параметров дыханияMathematical Model for Estimation of Volume Respiratory ParametersРевинскаяИ. И.RevinskayaI. I.

Ревинская Инна Ивановна, аспирант кафедры электронной техники и технологий

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6 

+375 17 293-84-14

Revinskaya Ina Ivanovna, Postgraduate at the Department of Electronic Technology and Engineering 

220013, Minsk, P. Brovka St., 6 

+375 17 293-84-14

inna_revinskaya@bsuir.byБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2023010320232111925Copyright © Ревинская И.И., 20232023Ревинская И.И.Revinskaya I.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3560

Разработана математическая модель биомеханики дыхания человека. Для верификации этой модели предлагается использовать фотооптический метод регистрации биомеханики грудной клетки и живота совместно со спирометрией. Проведены экспериментальные исследования среди десяти мужчин 20–22 лет. Индекс массы тела испытуемых варьировался от 19,3 до 21,5 кг/м², рост – от 169 до 182 см, вес – от 55 до 70 кг. Корреляционно-регрессионный анализ результатов показал сильную взаимосвязь биомеханических движений грудной и брюшной стенок и изменений диаметров воздухоносных путей во время непрерывного процесса дыхания (коэффициент корреляции r = 0,89, уровень значимости p ≤ 0,05). Предложенная математическая модель может быть использована при косвенной оценке объема лёгких. 

A mathematical model of the biomechanics of human respiration has been developed. To verify the proposed mathematical model, it is suggested to use a photo-optical method for recording the biomechanics of the chest and abdomen together with spirometry. Pilot studies were carried out among 10 men aged 20–22. The body mass index of the subjects ranged from 19.3 to 21.5 kg/m², height – from 169 to 182 cm, weight – from 55 to 70 kg. Correlation-regression analysis of the results showed a strong relationship between biomechanical movements of the chest and abdominal walls and changes in the diameters of the airways during continuous breathing (correlation coefficient r = 0.89, statistically significant test result p ≤ 0.05). The proposed mathematical model can be used for indirect estimation of lung volume.

математическая модельбиомеханикадыханиедыхательные путиспирометриявидеорегистраторобъем лёгкихmathematical modelbiomechanicsrespirationrespiratory tractspirometryvideocameralungs volumeReferencesДубровский, В. И. Биомеханика / В. И. Дубровский, В. Н. Федорова. М.: Владос-Пресс, 2003.Dubrovsky V. I., Fedorova V. N. (2003) Biomechanics. Moscow, Vlados-Press Publ. (in Russian).Давыдченко, С. В. Исследование вентиляционной функции легких в клинической практике / С. В. Давы дченко, А. А. Бова. Минск: Белор. госуд. медицин. ун-т, 2007.Davydchenko S. V., Bova A. A. (2007) The Study of the Ventilation Function of the Lungs in Clinical Practice. Minsk, Belarusian State Medical University Publ. (in Russian).Штаненко, Н. И. Респираторная система / Н. И. Штаненко, И. В. Буйневич, А. И. Киеня; под ред. Н. И. Штаненко, И. В. Буйневич. Гомель: Гомельский госуд. медицин. ун-т, 2015.Shtanenko N. I., Byinevich I. V. (2015) Respiratory System. Gomel, Gomel State Medical University Publ. (in Russian).Contact-based Methods for Measuring Respiratory Rate / C. Massaroni [et al.] // Sensors. 2019. Vol. 19, Iss. 4. 47 р. https://doi.org/10.3390/s19040908.Massaroni C., Nicolò A., Lo Presti D., Sacchetti M., Silvestri S., Schena E. (2019) Contact-based Methods for Measuring Respiratory Rate. Sensors. 19 (4), 47. https://doi.org/10.3390/s19040908.Respiration Rate and Volume Measurements Using Wearable Strain Sensors / M. Chu [et al.] // Digital Med. 2019. No 8. 9 р. https://doi.org/10.1038/s41746-019-0083-3.Chu M., Nguyen T., Pandey V. et al. (2019) Respiration Rate and Volume Measurements Using Wearable Strain Sensors. Digital Med. (8), 9. https://doi.org/10.1038/s41746-019-0083-3.Chest Movement and Respiratory Volume Both Contribute to Thoracic Bioimpedance During Loaded Breathing / D. Blanco-Almazán [et al.] // Scientifik Reports. 2019. No 9:20232. 11 р. https://doi.org/10.1038/s41598-019-56588-4.Blanco-Almazán D., Groenendaal W., Catthoor F., Jané R. (2019) Chest Movement and Respiratory Volume Both Contribute to Thoracic Bioimpedance During Loaded Breathing. Scientifik Reports. (9:20232), 11. https://doi.org/10.1038/s41598-019-56588-4.Yüzer, A. H. A Novel Wearable Real-time Sleep Apnea Detection System Based on the Acceleration Sensor / A. H. Yüzer, H. Sümbül, K. Polat // IRBM. 2020. Vol. 41, No 1. Р. 39–47. doi: 10.1016/j.irbm.2019.10.007.Yüzer A. H., Sümbül H., Polat K. (2020) A Novel Wearable Real-time Sleep Apnea Detection System Based on the Acceleration Sensor. IRBM. 41 (1), 39–47. doi: 10.1016/j.irbm.2019.10.007.Вейбель, Э. Р. Морфометрия лёгких человека; пер. с англ. / Э. Р. Вейбель М.: Медицина, 1970. 176 с.Weibel E. R. (1970) Morphometry of Human Lungs. Moscow, Medicina Publ. (in Russian).Чертко, Н. К. Математические методы в географии / Н. К. Чертко, А. А. Карпиченко. Минск: Белор. госуд. ун-т, 2009. 199 с.Chertko N. K. (2009) Mathematical Methods in Geography. Minsk, Belarusian State University (in Russian).Организация работы по исследованию функционального состояния легких методами спирографии и пневмотахографии и применение этих методов в клинической практике / О. И. Турина [и др.]. Минск, 2002. 81 с.Turinа O. I., Lapteva I. M., Kalechits O. M., Manichev I. A., Shcherbitsky V. G. (2002) Organization of Work on the Study of the Functional State of the Lungs Using Spirography and Pneumotachography and the Use of These Methods in Clinical Practice. Minsk, 81 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.