Spectral analysis of respiratory flow and gas concentrations / Análise espectral de fluxo e concentrações de gases respiratórios

ABSTRACT

In this research we obtained samples of human respiratory flow, oxygen concentration and carbon dioxide concentration signals from 20 healthy subjects and evaluated the average power spectral density (PSD) of these signals. For each subject,the respiratory samples were acquired in four progressive levels of exercise in a cycle ergometer. Auto regressive moving average models were designed to represent the PSD found in each phase. An average PSD of the four levels was also calculated. Results have shown that the bandwidth of O2 concentration, CO2 concentration and flow signals was 8  Hz, 7 Hz, and 15  Hz, respectively, within the dynamic range of 50  dB. The PSD curves found can be used for optimal filter design for signal enhancing in fast on-line measurement of these signals.

RESUMO

Nesta pesquisa foram registradas amostras dos sinais respiratórios de fluxo, concentração de oxigênio e concentração de gás carbônico em 20 voluntários saudáveis. A densidade espectral de potência (DEP) média foi então calculada. Para cada voluntário, as amostras dos sinais foram registradas em quatro intensidades progressivas de esforço físico em uma bicicleta ergométrica. Para representar a DEP encontrada em cada fase foram ajustados modelos auto-regressivos de média móvel. Uma DEP média entre as quatro intensidades também é fornecida. Os resultados mostraram que as larguras de banda dos sinais de concentração de O2, concentração de CO2 e fluxo foram 8  Hz, 7  Hz e 15  Hz, respectivamente, dentro de uma faixa dinâmica de 50  dB. As curvas de DEP encontradas podem ser usadas em projetos de filtros ótimos para equalização destes sinais em medições em tempo real.