Designing of Respiratory Monitoring System Using Impedance Plethysmography

Abstract

Functionally, the respiratory system composed of an integrated set of regulated processes that include pulmonary ventilation (breathing) and gas exchange in the lungs. Under normal conditions, ventilation occurs spontaneously at the rate of 14 to 18 breaths per minute (bpm). Many people suffer from breathing disorders such as hyperventilation (characterized by an increase in pulmonary ventilation rate), hypoventilation (the decrease in pulmonary ventilation), and apnea (refers to the temporary cessation of breathing at the end of a normal expiration). Thus respiratory monitoring systems are one of the most important biomedical instruments in hospitals. As respiration occurs, the impedance across the chest will change. Depending on this fact we will design system that can detect this variation in the chest. This system is called impedance pneumograph, which used in many neonatal respiration monitoring and apnea alarm. The impedance measurement is made by introducing an electric current in the frequency range of 20-100 kHz into the volume conductor and measuring the corresponding voltage. The ratio of voltage to current gives impedance Z. Usually the DC value is eliminated and the impedance variation ΔZ is further examined. To eliminate the effect of the electrodes, separate electrode pairs for introducing the current and for measuring the voltage are usually used; the outer electrode pair is used for introducing the current and the voltage is measured across the inner electrode pair. Using suitable software program, ΔZ can be displayed in PC, and apnea alarm can be designed. vii خلاصة المشروع یعتبر الجھاز التنفسي من الأجھزة الرئیسیة و الحیویة للكائن الحي، حیث یقع على عاتقھ القی ام بالعدید م ن العملی ات الحیویة الض روریة لبق اء الجس م عل ى قید الحی اة . فم ن خلالھ تأخ ذ خلای ا الجس م المختلفة غ از الاكسجین اللازم لانتاج الطاقة، وتتخلص من غاز ثاني اكسید الكربون. یتنفس الإنسان الب الغ والس لیم بمعدل ١٢ إلى ٢٠ م رة في الدقیقة ، ویتغی ر ھ ذا المعدل نتیج ة عوام ل مختلفة لعل أھمھا تلك الأمراض المتعلقة بجھاز الت نفس التي ت ؤدي إلى زی ادة أو نقصان معدل الت نفس ، ب ل إن ھناك حالات یحدث فیھا انقطاع التنفس بشكل مؤقت، حیث تعرف ھذه الظاھرة ب ال (Apnea)، والتي قد ت ؤدي إلى الوفاة إن لم یكن ھناك متابعة فوریة. لذلك ظھرت أھمیة جھاز مراقبة التنفس بشكل عام. نھدف في ھذا المشروع إلى تصمیم جھاز قادر على مراقبة معدل ت نفس الم ریض ، وإعطاء انذار في حالة انقطاع التنفس عند المریض إعتماداً على خاصیة تغیر مقاومة العضو نتیجة تغی ر حجمھ ( Impedance Plethysmography)، حیث نلاحظ تغیر في حج م الصدرأثناء ح دوث عملیة الت نفس ، و بالت الي فإن مقاومة الصدر تتغیر. تتم عملیة قیاس مقاومة الصدر المتغیرة عن طریق تمریر تی ار مت ردد ثابت ، صغیر المقدار ، و ع الي التردد (١٠٠ – ٢٠ كیلو ھیرتز)، بحیث لا یسبب أي خطر على الإنسان . وم ن ثم ی تم إلتق اط الجھد في منطقة الصدر باستخدام الكت رودات مخصصة ، توضع في من اطق معینة في الص در ، حیث یمث ل ھ ذا الجھد حاص ل ضرب التیار الثابت بمقاومة الصدر، ویتم معالجة ھذه الإشارة بحیث نحصل على المقاومة المتغی رة في نھایة الأمر.