Respiratory signal detection using coherent fiber optic sensor

Continuous respiratory monitoring is important to assess adequate ventilation. We present a coherent interferometric fiber optic sensor (FOS) inserted in a band to detect respiratory signal. The band was realized by pressing the fiber optic at high temperatures, between two glued layers of textile elastic material. We compared our sensor with a golden standard (SCIREQ pneumotachometer, or PNT), to assess its reliability in terms of tidal volume estimation and breathing frequency measurement. The statistical analysis for correlation, conducted on 7 healthy subjects, showed that potentially the relation between FOS Band and PNT tidal volumes is linear, with a regression line slope of 1.1 rad/l and an r2 correlation coefficient of 0.87, even if with some inconsistencies. The ‘frequency measured’ analysis instead, clearly showed that the two signals were synchronized. Slopes and r2 coefficients reached values really close to 1 (often they were both 1), confirming what a first graphical analysis had highlighted. The promising results foster further development of the system to allow routine use for bedridden patients at the hospitals, but also at home.

Il monitoraggio continuo dei parametri respiratori è importante per valutare la ventilazione. Viene presentato un sensore in fibra ottica (FOS) coerente ed interferometrico, inserito in una fascia per rilevare il segnale respiratorio. La fascia è stata realizzata pressando la fibra ottica ad alte temperature, tra due strati di materiale tessile elastico. Il sensore presentato è stato confrontato con un golden standard (pneumotacometro SCIREQ, o PNT), per valutarne l’affidabilità, in termini di stima del volume corrente e di misurazione della frequenza respiratoria. L’analisi statistica per la correlazione tra i due metodi, condotta su 7 soggetti sani, ha mostrato che potenzialmente la relazione tra volumi correnti rilevati dalla fascia FOS e dal PNT è lineare, con una pendenza della retta di regressione di 1.1 rad/l e un coefficiente di correlazione r2 di 0.87, anche se sono presenti alcune inconsistenze. L’analisi sulla ‘frequenza misurata’ invece ha mostrato chiaramente che i due segnali erano sincronizzati. Le pendenze delle rette di regressione e i coefficienti r2 hanno raggiunto valori molto vicini ad 1 (spesso per molti soggetti erano entrambi uguali a 1), confermando quello che aveva evidenziato una prima analisi grafica dei segnali. I risultati promettenti incoraggiano un ulteriore sviluppo del sistema per permetterne un utilizzo abituale per pazienti allettati in ospedale, ma anche a casa.