Considerazioni di design per la realizzazione di uno spirometro

In questo articolo vedremo alcune considerazioni hardware e software per realizzare un dispositivo in grado di quantificare le capacità respiratorie di un essere umano, misurando sia i volumi che le portate. I risultati delle misure effettuate da questo dispositivo potranno essere inviate ad un computer per visualizzare graficamente i dati. 

Fondamenti di spirometria

Vediamo anzitutto di acquisire familiarità con i principali parametri utilizzati nell’ambito della spirometria, analizzando come essi possano essere misurati.

Per spirometria si intende una serie di test volti a determinare le capacità respiratorie di una persona. La spirometrica misura la quantità di aria inalata ed espirata dai polmoni durante un certo periodo di tempo, e sulla base di queste informazioni determina la capacità polmonare della persona sotto test. Lo strumento utilizzato per eseguire questo test prende il nome di spirometro.

La spirometria si rivela fondamentale ed utilissima per condurre un’indagine diagnostica: attraverso lo spirometro è infatti possibile diagnosticare disturbi e patologie quali: fibrosi polmonare, asma, fibrosi cistica, e COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, nota in italiano con il termine broncopneumopatia cronica ostruttiva).

Un tipo molto comune di spirometro è rappresentato dallo pneumotacografo (si osservi la Figura 1). Utilizzando questo strumento, il paziente respira attraverso un tubo flessibile collegato a un boccaglio, in cui una delle estremità contiene un sensore in grado di misurare la portata dell’aria.

Figura 1 – un tipo molto semplice di spirometro

Figura 1: un tipo molto semplice di spirometro

Come indicato in Figura 1, i componenti basilari dello spirometro sono: il boccaglio, il tubo flessibile, e un dispositivo elettronico in grado di misurare le portate e calcolare i parametri significativi per la spirometria. Durante il test, il paziente deve respirare attraverso il boccaglio, generando in questo modo un flusso di aria attraverso il tubo che può essere convertito dal sensore in un opportuno segnale elettrico.

I parametri spirometrici

I parametri spirometrici più comunemente utilizzati sono i seguenti:

  • Volume Corrente (VC), indicato in inglese con il termine “Tidal Volume” (TV) – rappresenta la quantità di aria inalata o espirata durante un singolo respiro, in condizioni normali (senza cioè alcuna forzatura).
  • Volume di Riserva Inspiratorio (VRI), indicato in inglese con il termine “Inspiratory Reserve Volume” (IRV) – rappresenta la quantità massima di aria addizionale che può essere inalata al termine di un normale respiro.
  • Volume di Riserva Espiratorio (VRE), indicato in inglese con il termine “Expiratory Reserve Volume” (ERV) – rappresenta il volume massimo di aria che può essere espirato al termine di un normale respiro.
  • Capacità Vitale (CV), indicata in inglese con il termine Vital Capacity (VC) – rappresenta il volume totale di aria espulsa in una espirazione lenta e massimale, partendo da una inspirazione completa. Vale inoltre la seguente relazione: CV = VRI + VRE + VC.
  • Capacità Vitale Forzata (CVF), indicata in inglese con il termine “Forced Vital Capacity” (FVC) – rappresenta il volume totale di aria espulsa in un'espirazione forzata partendo da un'inspirazione completa.
  • Volume Espiratorio Massimo nel 1° Secondo (VEMS), indicato in inglese con il termine “Forced Expiratory Volume in 1 second “ (FEV 1). Il VEMS rappresenta il volume di aria espulsa nel primo secondo di un'espirazione forzata, partendo da una inspirazione completa.
  • Capacità Vitale Inspiratoria Forzata (CVIF), indicata in inglese con il termine “Forced Inspiratory Vital Capacity” (FIVC) – rappresenta il massimo volume di aria che può essere inalato;
  • Picco di Flusso Inspiratorio (PFI), indicato in inglese con il termine “Peak Inspiratory Flow” (PIF) – rappresenta il massimo flusso di aria forzato che può essere raggiunto durante l’inspirazione;
  • Picco di Flusso Espiratorio (PFE), indicato in inglese con il termine “Peak Expiratory Flow” (PEF) - rappresenta il massimo flusso di aria forzato che può essere raggiunto durante l’espirazione.

I primi quattro parametri sono rilevati durante le condizioni di respirazione normale, mentre gli ultimi cinque durante i test forzati (come del resto indicato nel nome stesso del parametro).

Altri indici relativi al volume dei polmoni sono la Capacità Funzionale Residua (CFR), indicato in inglese con il termine “Functional Residual Capacity” (FRC) e il Volume Residuo (VR), indicato in inglese con il [...]

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10 Commenti

  1. Riccardo Ventrella Riccardo Ventrella 10 ottobre 2017
  2. Emanuele Bonanni Emanuele Bonanni 11 ottobre 2017
    • Riccardo Ventrella Riccardo Ventrella 11 ottobre 2017
    • Riccardo Ventrella Riccardo Ventrella 11 ottobre 2017
  3. peppe85 11 ottobre 2017

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