نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه سیالات، پژوهشکده مکانیک، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران

2 استادیار، گروه مهندسی پزشکی، پژوهشکده برق و کامپیوتر، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران

10.22041/ijbme.2008.13423

چکیده

جریان سنج سیم داغ یکی از روش های مناسب برای انجام آزمون های بالینی و تحقیقاتی در زمینه تنفس است. این روش جریان سنجی پاسخ فرکانسی وسیع، پایداری در کالیبراسیون، کمترین افت فشار و دقت لازم در کل بازه موردنظر برای آزمون های بالینی انسانی را ارائه می دهد. با این حال عدم تشخیص جهت جریان هوا در مرحله دم و بازدم یکی از مشکلات این روش است. یکی از راه حل های این مشکل استفاده از 2 حسگر سیم داغ در اطراف یک مانع است. در این مقاله اثر شکل و موقعیت نسبی این 2 حسگر با مانع بررسی شده و در نهایت با استفاده از نتایج به دست آمده، اسپیرومتری از نوع سیم داغ طراحی و ساخته شد که نتایج بالینی بسیار مناسبی در اندازه گیری جریان دم و بازدم با استفاده از آن به دست آمده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Inspiratory and Expiratory Flow Measurement in Hot-Wire Spirometer

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Ardakani 1
  • Vahid Reza Nafisi 2

1 Associate Professor, Fluid Mechanic Group, Department of Mechanical Engineering, I.R.O.S.T.

2 Assistant Professor, Biomedical Engineering Group, Department of Electrical Engineering, I.R.O.S. T.

چکیده [English]

Hot-wire anemometry (HWA) is a suitable method for pulmonary research and routine tests. This anemometry method has high frequency response, calibration stability, low pressure drop and desired precision over whole clinical range of human respiration. Nevertheless, flow direction detection in inspiratory and expiratory phases is one of the main problems in this method. We apply the obstacle-­wake probe as a solution. In this probe, an obstacle is inserted between 2 bot-wire sensors; and the effects of the shape and relative position of the obstacle and hot-wire sensors are discussed. Finally the results are used in manufacturing a clinical spirometer. It satisfies common clinical/research demands along with inspiratory/expiratory flow direction detection. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hot-wire anemometry (HWA)
  • Reverse flow
  • Obstacle-wake
  • Hot-film probe
  • upstream sensor
  • downstream sensor

[1]     US Department of Health and Human services, National Heart, Lung and Blood institute; Data Fact Sheet Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD), May 2001.

[2]     Wanger J., Clausen J.L., Coates A.; Standardization of the measurement of lung volums, EUR Respir J, 2005; 26: 511-522.

[3]     ECRI, Healthcare Product Comparison System (HPCS); Spirometers, Diagnostic, March 2005.

[4]     اردکانی محمدعلی، سالاری محمد، تقوی زنوز رضا، تحلیل تجربی عملکرد دستگاه بادسنج سیم داغ و مقایسه عملکرد پرابهای سیم داغ و فیلم داغ در اندازه گیری سرعت جریانها، سیزدهمین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اردیبهشت 1384.

[5]     Plakk P., Liik P., Kingisepp P.H., Hot-wire anemometer for spirography, Med Biol Eng Comput. 1998; 36(1): 17-21.

[6]     Ligeza P., Constant-bandwidth constant-temperature hot-wire anemometer, Rev Sci Instrum., 2007; 78(7): 075104.

[7]     Nan-Fu ch., Tzu-Chien H., Chii-Wann L., Low Power Consumption Design of Micro-machined Thermal Sensor for Portable Spirometer, Tamkang Journal of Science and Engineering, 2005; 8(3): 225-230.

[8]     Nozu Y., Yu M.H., Tatsumi M., Utility of the Hot-wire Spirometer, Ann. Physiol. Anthropol., 1991; 10(2): 77- 82.

[9]     Chii-Wann L., Di-Ho W., Hao-Chien W., Prototype Development of Digital Spirometer, Procedings of the 20th Annual Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 1998; 20(4).

[10] Shanks D.E., Morris J.F., Clinical Comparison of Two Electronic Spirometers With a Water-sealedSpirometer, Chest, 1976; 69(4): 461-466.

[11] Yoshiya I., Nakajima T., Nagai I., Jitsukawa S., A Bidirectional Respiratory Flowmeter Using the Hotwire Principle, J. Appl. Physiol., 1975; 38(2): 360-365.

[12] Van Putten M.J.A.M., Van Putten M.H.P.M., Van Putten A.F.P.; A silicon bidirectional flow sensor for measuring respiratory flow, IEEE Trans. Biomed Eng, 1997; 44(2): 205-208.

[13] Hager D.N., Fuld M., Kaczka D.W., Four methods of measuring tidal volume during high-frequency oscillatory ventilation, Crit. Care. Med., 2006; 34(3): 751-757.

[14] Zimova-Herknerova M., Plavka R., Expired tidal volumes measured by hot-wire anemometer during high-frequency oscillation in preterm infants, Pediatr Pulmonol. 2006; 41(5): 428-33.

[15] Hager D.N., Fessler H.E., Kaczka D.W., Shanholtz C.B., Fuld M.K., Simon B.A., Brower R.G., Tidal volume delivery during high-frequency oscillatory ventilation in adults with acute respiratory distress syndrome, Crit Care Med., 2007; 35(6): 1623-4.

[16] اردکانی محمدعلی، جریان‌سنج سیم داغ، انتشارات دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، 1385، نمایه: 964-8703-24-8.

[17] Bruun H.H., Hot-Wire Anemometry, Principles and Signal Analysis. Oxford Science Publications, 1995, P.29.

[18] Al-Salaymeh A., Jovanovic J., Durst F., Bi-directional flow sensor with a wide dynamic range for medical application, Medical Engineering & Physics, 2004; 26: 623-637.

[19] Downing P.M., Reverse flow sensing hot wire anemometer. J. Phys. E.: Sci. Instr., 1972; 5:849-851.

[20] Mahler D.S., Bidirectional hot-wire anemometer. Rev. Sci. Instr., 1982; 53: 1465-1466.

[21] Miller M. R., Hankinson J., Brusasco V., Standardization of spirometry, EUR Respir J, 2005; 26: 319-338.

[22] Kramers H., Heat transfer from spheres to flowing media, Physica, 1946; 12: 61-80.