Validation study of the AirGo device for the continuous monitoring of respiratory function

Standard functional respiratory tests do not allow assessment of respiratory function continuously, accurately, under natural physiological conditions and in any environment. Furthermore they require patient cooperation, difficult to obtain in many clinical cases. The aim of the present study is to validate the accuracy of the AirGo™ device by evaluating and quantifying its performance in terms of respiratory rate, duty cycle, normalized amplitude and normalized ventilation, with respect to a gold standard method. AirGo™ is a non-invasive wearable device that continuously records breath dynamics during sleep, daily activity and athletic performance. It measures lower thoracic circumference changes with a stretchable knitted matrix of nylon and spandex with integrated silver coated yarn. In a population of 21 healthy subjects (mean age 36, age range 24-51, 10 males, 11 females, mean weight 67 kg, mean height 170 cm), four parameters of interest have been recorded for four minutes at rest and in different body positions (standing, seated, supine, right and left side) simultaneously by AirGo™ and SensorMedics Vmax 2900 metabolic cart spirometer. Then, a cardio-pulmonary exercise test has been performed using ergo line Erg 800S cycle ergometer, in order to test AirGo™'s accuracy during physical effort. Results reveal that relative error median percentage of respiratory rate was of 0% for all positions at rest and for different levels of physical effort during exercise. Error median percentage of normalized amplitude and ventilation at rest was of 0.8% and of 3.4% in standing position, and of 1.1% and 1.2% in left side position, respectively. During exercise and recovery test, normalized amplitude and ventilation relative error medians highlighted the presence of an error proportional to the volume to be estimated. For increasing intensity levels of physical effort, and thus for increasing volumes and ventilations, AirGoTM’s estimate tended to underestimate SensorMedics evaluation. In conclusion, the AirGo™ device provides an optimal accuracy of respiratory rate both at rest an during exercise, an acceptable estimate of tidal volume and minute ventilation a rest and an underestimation for increasing volumes. For these reasons AirGo™ could be a vital tool for lung disease diagnosis, early detection of worsening respiratory conditions and AHI, monitoring of post-operative recovery and for defining best treatment paths.

I test respiratori standard non consentono di valutare la funzionalità respiratoria in maniera continua, accurata, in condizioni fisiologiche standard e in ogni contesto. Inoltre essi richiedono la collaborazione del paziente, in molti casi difficile da ottenere. Scopo del presente lavoro di tesi è di validare il dispositivo AirGo™ valutando e quantificando la sua accuratezza in termini di frequenza respiratoria, duty cycle, ampiezza normalizzata e ventilazione al minuto normalizzata, rispetto a un metodo standard. AirGo™ è un dispositivo indossabile non-invasivo che monitora in modo continuo la dinamica respiratoria durante l'attività quotidiana, sportiva e durante il sonno. Tale dispositivo misura le variazioni della circonferenza toracica attraverso le variazioni di resistenza che si verificano all'interno di una banda elastica costituita da una matrice di tessuto in nylon e spandex in cui si intreccia un filo di argento. In una popolazione di ventuno soggetti sani (età media 36, range di età 24-51, 10 maschi, 11 femmine, peso medio 67 kg, altezza media 170 cm), i quattro parametri respiratori sono stati monitorati per 4 minuti a riposo e in differenti posizioni del corpo (in piedi, seduta, supina, supina laterale destra e supina laterale sinistra) utilizzando simultaneamente il dispositivo AirGo™ e lo spirometro SensorMedics Vmax 2900. Successivamente un test cardiopolmonare da sforzo è stato eseguito utilizzando il cicloergometro ergoline Erg 800S, in modo da testare l'accuratezza di AirGo™ durante esercizio. Alla luce dei risultati ottenuti dal confronto tra i due metodi di misura, la frequenza respiratoria è stato il parametro respiratorio meglio stimato dal dispositivo AirGo™, ottenendo una mediana dell'errore relativo percentuale di 0% in tutte le posizioni a riposo e durante esercizio fisico. Risultati accettabili sono stati ottenuti per quanto riguarda ampiezza e ventilazione al minuto normalizzate, con una mediana dell'errore relativo di 0,8% e 3,4% in posizione in piedi, e di 1,1% e 1,2% in posizione supina laterale sinistra, rispettivamente. Durante esercizio fisico è stato calcolato un errore proporzionale al livello di intensità dello sforzo, che porta il dispositivo AirGo™ a sottostimare progressivamente SensorMedics per volumi polmonari crescenti. In conclusione, il dispositivo AirGo™ fornisce una stima molto accurata della frequenza respiratoria sia a riposo che durante esercizio, una stima accettabile del volume corrente e della ventilazione al minuto a riposo e una sottostima del volume corrente e della ventilazione per crescenti livelli di esercizio. Per queste ragioni AirGo™ potrebbe rappresentare un strumento vitale per la diagnosi di malattie polmonari, il precoce rilevamento del peggioramento delle condizioni del sistema respiratorio e per il monitoraggio del recupero post-operatorio.