Analysis of the respiratory dynamics during normal breathing by means of pseudo phase plots and pressure-volume loops

This paper reports on the analysis of tidal breathing patterns measured during noninvasive forced oscillation lung function tests in six individual groups. The three adult groups were healthy, with prediagnosed chronic obstructive pulmonary disease, and with prediagnosed kyphoscoliosis, respectively. The three children groups were healthy, with prediagnosed asthma, and with prediagnosed cystic fibrosis, respectively. The analysis is applied to the pressure–volume curves and the pseudophaseplane loop by means of the box-counting method, which gives a measure of the area within each loop. The objective was to verify if there exists a link between the area of the loops, power-law patterns, and alterations in the respiratory structure with disease. We obtained statistically significant variations between the data sets corresponding to the six groups of patients, showing also the existence of power-law patterns. Our findings support the idea that the respiratory system changes with disease in terms of airway geometry and tissue parameters, leading, in turn, to variations in the fractal dimension of the respiratory tree and its dynamics.

Analysis of the Respiratory Dynamics During Normal Breathing by Means of Pseudophase Plots and Pressure–Volume Loops

This paper reports on the analysis of tidal breathing patterns measured during noninvasive forced oscillation lung function tests in six individual groups. The three adult groups were healthy, with prediagnosed chronic obstructive pulmonary disease, and with prediagnosed kyphoscoliosis, respectively. The three children groups were healthy, with prediagnosed asthma, and with prediagnosed cystic fibrosis, respectively. The analysis is applied to the pressure-volume curves and the pseudophase-plane loop by means of the box-counting method, which gives a measure of the area within each loop. The objective was to verify if there exists a link between the area of the loops, power-law patterns, and alterations in the respiratory structure with disease. We obtained statistically significant variations between the data sets corresponding to the six groups of patients, showing also the existence of power-law patterns. Our findings support the idea that the respiratory system changes with disease in terms of airway geometry and tissue parameters, leading, in turn, to variations in the fractal dimension of the respiratory tree and its dynamics.

Monitorização da fibrose quística na pediatria: estado basal e impacto da agudização respiratória

Introdução: O envolvimento respiratório é a principal causa de morbilidade e mortalidade na Fibrose Quística (FQ). Dados pediátricos sobre atividade física (AF), saturação periférica da oxi-hemoglobina (SpO2) e pico do fluxo da tosse (PFT) são escassos e não padronizados. Objetivos: Avaliar a função pulmonar (FP), AF, SpO2 e PFT, em crianças e adolescentes com FQ, no estado basal e em agudização (AR) e, na fase estável, avaliar a correlação entre as variáveis. Métodos: Realizou-se um estudo observacional prospetivo, com análise de espirometria, podometria, oximetria noturna e PFT, em condições basais. Na AR reavaliaram-se os mesmos parâmetros às 24-48 horas, 7, 15 e 30 dias, excetuando a AF aos 7 dias. Resultados: Avaliaram-se 8 doentes dos quais dois apresentaram um comprometimento ligeiro da FP e um moderado. A SpO2 foi de 96,2% [95,6; 96,6] e o número médio de passos/dia (NMP) foi de 6369 [4431; 10588]. Todos apresentaram valores do PFT inferiores ao percentil 5 para o género e idade (265 L/min [210; 290]). Apesar de não estatisticamente significativa, a correlação foi moderada entre FEV1 e SpO2 nocturna (rs =0,61; p=0,11); entre PFT e idade (rs=0,69; p=0,06); e entre PFT e capacidade vital forçada (CVF) (rs=0,54; p=0,17). Não se verificou correlação entre FEV1 e idade, NMP e PFT; e entre NMP e idade. No único caso de AR, à exceção da frequência respiratória, verificou-se a diminuição das variáveis às 24-48h; após 1 mês, a maioria das variáveis aproximou-se ou igualou os valores basais. Conclusão: Os resultados sugerem uma tendência para melhores valores de FEV1 corresponderem a melhores SpO2 noturnas e que, quanto maior a idade e a CVF, maior é o PFT. Não foi possível avaliar o impacto da AR por ter ocorrido apenas um caso.

Is multidimensional scaling suitable for mapping the input respiratory impedance in subjects and patients?

This paper presents the application of multidimensional scaling (MDS) analysis to data emerging from noninvasive lung function tests, namely the input respiratory impedance. The aim is to obtain a geometrical mapping of the diseases in a 3D space representation, allowing analysis of (dis)similarities between subjects within the same pathology groups, as well as between the various groups. The adult patient groups investigated were healthy, diagnosed chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and diagnosed kyphoscoliosis, respectively. The children patient groups were healthy, asthma and cystic fibrosis. The results suggest that MDS can be successfully employed for mapping purposes of restrictive (kyphoscoliosis) and obstructive (COPD) pathologies. Hence, MDS tools can be further examined to define clear limits between pools of patients for clinical classification, and used as a training aid for medical traineeship.

O impacto de um programa de exercícios com o Inspirómetro de Incentivo na função pulmonar em doentes com Escoliose Idiopática

Introdução: A escoliose é uma deformidade vertebral muito comum e de grande importância social. A etiologia da escoliose idiopática da adolescência é desconhecida e descrita como multifatorial. Segundo a literatura existe uma forte correlação entre a função pulmonar anormal e a gravidade da deformidade da coluna vertebral. Tem sido proposto como abordagem terapêutica o uso de Inspirómetro de Incentivo, contudo, ainda se encontra incerto a sua eficácia nesta patologia. Objetivo: Analisar o impacto de um programa de exercícios domiciliários com o Inspirómetro de Incentivo em doentes com Escoliose Idiopática nos volumes pulmonares e na força muscular dos músculos respiratórios. Metodologia: Foram avaliados, por meio de um estudo experimental, 12 indivíduos do sexo feminino (com média e desvio padrão correspondentes a 15,1 e 1,6 respetivamente) com diagnóstico de Escoliose Idiopática antes e 3meses após a cirurgia corretiva e 12 indivíduos saudáveis também do sexo feminino (com média e desvio padrão correspondentes a 15,2 e 1,4 respetivamente). A função pulmonar foi avaliada através do espirómetro computorizado Spinolab®, a força dos músculos respiratórios avaliou-se através da mensuração da PImáx e PEmáx com o Microrpm®. Para finalizar a avaliação o participante foi sujeito a aplicação do THRESHOLD® com 30% da PImáx obtida. O protocolo domiciliário, referente à parte experimental, baseou-se no uso bi-diário do Inspirómetro de Incentivo Respiflo FS®, que foi fornecido aos participantes no dia da alta hospitalar. Resultados: Foram encontrados valores menores da função respiratória e força muscular (p<0,05) no grupo de doentes com Escoliose em relação ao grupo dos Saudáveis, excepto em relação ao Índice de Tiffeneau (p=0,17). No entanto, quando se comparou o grupo Controlo e o Grupo Experimental não severificaram diferenças estatisticamente significativas em relação às variáveis estudadas. Por fim, na análise dos parâmetros nos dois momentos de avaliação (inicial e final) entre o grupo dos Saudáveis e grupo Experimental verificou-se que existiam diferenças estatisticamente significativas ao nível da CFV (pi=0,02; pf=0,00), FEV1 (pi=0,01; pf=0,00) e PImáx inicial (p=0,02) e PImáx th inicial (p=0,03). Conclusão: A função pulmonar e a força dos músculos respiratórios em indivíduos com diagnóstico de Escoliose Idiopática encontra-se diminuída quando comparada com uma população saudável. Dentro das condições propostas no presente estudo, verificou-se que a aplicação de um programa de exercícios com o Inspirómetro de Incentivo com duração de 3 meses não revela resultados significativos ao nível da função pulmonar e da força dos músculos respiratórios.

Efeitos imediatos da MWM na dor, amplitude de movimento e funcionalidade, na osteoartrite da anca.

Introdução: A mobilização com movimento (MWM), segundo o Conceito Mulligan tem apresentado bons resultados na melhoria da dor, amplitude de movimento e funcionalidade em diversas disfunções. No entanto, existem poucos estudos sobre a articulação da anca e, até este momento, não foi avaliada a sua efetividade em indivíduos com osteoartrite da anca. Objectivo(s): Avaliar os efeitos imediatos da técnica de MWM na dor, na amplitude de movimento e na função física em indivíduos com osteoartrite da anca. Métodos: Foram incluídos 40 participantes com osteoartrite da anca, divididas de forma aleatória em dois grupos (experimental e placebo). Foram avaliadas as amplitudes de movimento de flexão e rotação medial da anca recorrendo ao goniómetro universal, a intensidade da dor através da Escala Numérica da Dor e a funcionalidade através de testes de função física, antes e imediatamente após a intervenção. Para o tratamento estatístico, foi utilizado um nível de significância de 0,05. Resultados: A aplicação de MWM resultou em diferenças significativas, com redução da dor na Escala Numérica da Dor (p=0,005), um aumento de amplitude de movimento de flexão (p=0,001) e de rotação medial (p=0,011), uma diminuição nos tempos dos testes de função física, o teste Timed “Up and Go” (p=0,037) e o teste “40m Self Placed Walk” (p=0,019), e um aumento nas repetições do teste ―30 seg Sit to Stand” (p=0,009), comparativamente ao grupo placebo. Conclusão: Os resultados sugerem que a técnica MWM parece produzir um efeito imediato significativo na diminuição da dor, aumento de amplitude articular e melhoria da função física em indivíduos com osteoartrite da anca. Este efeito foi maior para dor, para as amplitudes de movimento e para o teste de função física - ―30 seg Sit to Stand” quando se analisou a magnitude do efeito.

Characterisation of adventitious lung sounds in people with dementia

Introduction: Lower Respiratory Tract Infections (LRTIs) are highly prevalent in institutionalised people with dementia, constituting an important cause of morbidity and mortality. Computerised auscultation of Adventitious Lung Sounds (ALS) has shown to be objective and reliable to assess and monitor respiratory diseases, however its application in people with dementia is unknown. Aim: This study characterised ALS (crackles and wheezes) in institutionalised people with dementia. Methods: An exploratory descriptive study, including 6 long-term care institutions was conducted. The sample included a dementia group (DG) of 30 people with dementia and a match healthy group (HG) of 30 elderly people. Socio-demographic and anthropometric data, cognition, type and severity of dementia, cardio-respiratory parameters, balance, mobility and activities and participation were collected. Lung sounds were recorded with a digital stethoscope following Computerised Respiratory Sound Analysis (CORSA) guidelines. Crackles’ location, number (N), frequency (F), two-cycle duration (2CD), initial deflection width (IDW) and largest deflection width (LDW) and wheezes’ number (N), ratio (R) and frequency (F) were analysed per breathing phase. Statistical analyses were performed using PASW Statistics(v.19). Results: There were no significant differences between the two groups in relation to the mean N of crackles during inspiration and expiration in both trachea and thorax. DG trachea crackles had significant higher F during inspiration and lower IDW, 2CD and LDW during expiration when compared with HG. At the thorax, the LDW during inspiration was also significantly lower in the DG. A significant higher N of inspiratory wheezes was found in the HG. Both groups had a low ratio of high frequency wheezes. Conclusion: Computerised analyses of ALS informed on the respiratory system and function of people with dementia and elderly people. Hence, this could be the step towards prevention, early diagnosis and continuous monitoring of respiratory diseases in people with cognitive impairment.

Adaptive Penalty and Barrier function based on Fuzzy Logic

Optimization methods have been used in many areas of knowledge, such as Engineering, Statistics, Chemistry, among others, to solve optimization problems. In many cases it is not possible to use derivative methods, due to the characteristics of the problem to be solved and/or its constraints, for example if the involved functions are non-smooth and/or their derivatives are not know. To solve this type of problems a Java based API has been implemented, which includes only derivative-free optimization methods, and that can be used to solve both constrained and unconstrained problems. For solving constrained problems, the classic Penalty and Barrier functions were included in the API. In this paper a new approach to Penalty and Barrier functions, based on Fuzzy Logic, is proposed. Two penalty functions, that impose a progressive penalization to solutions that violate the constraints, are discussed. The implemented functions impose a low penalization when the violation of the constraints is low and a heavy penalty when the violation is high. Numerical results, obtained using twenty-eight test problems, comparing the proposed Fuzzy Logic based functions to six of the classic Penalty and Barrier functions are presented. Considering the achieved results, it can be concluded that the proposed penalty functions besides being very robust also have a very good performance.