The clinical evaluation of respiratory mechanics in horses is nowadays based on invasive methods that may require sedation. The forced oscillation technique (FOT), known also as oscillometry, is a non-invasive method for lung function testing used in humans that doesn’t require subject collaboration. Current FOT devices suitable to be used on horses are complex, cumbersome, expensive, and difficult to be applied in quine veterinary settings. This thesis aims to develop a small, cheap, portable and easy-to-use FOT device according to a novel approach in which the pressure waveforms are generated by a fan moved by the rotational speed of a brushless DC motor. This new approach has been recently demonstrated by a proof-of-concept device. From results of this concept, the detailed specifications of a device for clinical use was defined and both the device and a software application for wireless operations and control were designed and developed. This device was validated in vitro, providing an average error of 0.0789 cmH_2 O∙s⁄L and 0.2433 cmH_2 O∙s⁄L, respectively, in measuring R and X. The device was also tested in-vivo on five healthy horses and a horse diagnosed with SEA (Severe Equine Asthma), demonstrating good tolerability of the procedure, correct functioning of the device, and reliability in resistance and reactance of horses’ respiratory system estimation. This novel approach for applying FOT allowed the development of a compact, wireless, inexpensive, and portable device for the non-invasive evaluation of respiratory mechanics in spontaneously breathing horses, providing a valuable new tool for improving veterinary respiratory medicine.

La valutazione clinica della meccanica respiratoria nei cavalli si basa attualmente su metodiche invasive che possono richiedere la sedazione. La tecnica delle oscillazioni forzate (FOT), nota anche come oscillometria, è un metodo non invasivo per il test di funzionalità polmonare utilizzato nell'uomo che non richiede la collaborazione del soggetto. Gli attuali dispositivi FOT adatti all'uso sui cavalli sono complessi, ingombranti, costosi e difficili da applicare in ambito veterinario. Questa tesi mira a sviluppare un dispositivo FOT compatto, economico, portatile e facile da usare secondo un nuovo approccio in cui le forme oscillazini pressorie sono generate da una ventola mossa da un motore DC senza spazzole. Questo nuovo approccio è stato recentemente dimostrato da un dispositivo proof-of-concept. Dai risultati di questo prototipo, sono state definite le specifiche dettagliate di un dispositivo per uso clinico e sono stati progettati e sviluppati sia il dispositivo che un'applicazione software per l’elaborazione dei dati e il controllo wireless. Questo dispositivo è stato validato in vitro, fornendo un errore medio di 0,0789 cmH2O∙s/L e 0,2433 cmH2O∙s/L, rispettivamente, nella misurazione di resistenza e reattanza. Il dispositivo è stato anche testato in vivo su cinque cavalli sani e un cavallo con diagnosi di SEA (Severe Equine Asthma), dimostrando una buona tollerabilità della procedura, il suo corretto funzionamento e di misurare resistenza e reattanza con una buona affidabilità. Questo nuovo approccio per l'applicazione della FOT ha consentito lo sviluppo di un dispositivo compatto, wireless, poco costoso e portatile per la valutazione non invasiva della meccanica respiratoria nei cavalli durante il respiro spontaneo, fornendo un nuovo prezioso strumento per migliorare la medicina respiratoria veterinaria.

A compact and wireless lung function test device for veterinary medicine

Carrassi, Thomas
2020/2021

Abstract

The clinical evaluation of respiratory mechanics in horses is nowadays based on invasive methods that may require sedation. The forced oscillation technique (FOT), known also as oscillometry, is a non-invasive method for lung function testing used in humans that doesn’t require subject collaboration. Current FOT devices suitable to be used on horses are complex, cumbersome, expensive, and difficult to be applied in quine veterinary settings. This thesis aims to develop a small, cheap, portable and easy-to-use FOT device according to a novel approach in which the pressure waveforms are generated by a fan moved by the rotational speed of a brushless DC motor. This new approach has been recently demonstrated by a proof-of-concept device. From results of this concept, the detailed specifications of a device for clinical use was defined and both the device and a software application for wireless operations and control were designed and developed. This device was validated in vitro, providing an average error of 0.0789 cmH_2 O∙s⁄L and 0.2433 cmH_2 O∙s⁄L, respectively, in measuring R and X. The device was also tested in-vivo on five healthy horses and a horse diagnosed with SEA (Severe Equine Asthma), demonstrating good tolerability of the procedure, correct functioning of the device, and reliability in resistance and reactance of horses’ respiratory system estimation. This novel approach for applying FOT allowed the development of a compact, wireless, inexpensive, and portable device for the non-invasive evaluation of respiratory mechanics in spontaneously breathing horses, providing a valuable new tool for improving veterinary respiratory medicine.
BIZZOTTO, DAVIDE
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-apr-2022
2020/2021
La valutazione clinica della meccanica respiratoria nei cavalli si basa attualmente su metodiche invasive che possono richiedere la sedazione. La tecnica delle oscillazioni forzate (FOT), nota anche come oscillometria, è un metodo non invasivo per il test di funzionalità polmonare utilizzato nell'uomo che non richiede la collaborazione del soggetto. Gli attuali dispositivi FOT adatti all'uso sui cavalli sono complessi, ingombranti, costosi e difficili da applicare in ambito veterinario. Questa tesi mira a sviluppare un dispositivo FOT compatto, economico, portatile e facile da usare secondo un nuovo approccio in cui le forme oscillazini pressorie sono generate da una ventola mossa da un motore DC senza spazzole. Questo nuovo approccio è stato recentemente dimostrato da un dispositivo proof-of-concept. Dai risultati di questo prototipo, sono state definite le specifiche dettagliate di un dispositivo per uso clinico e sono stati progettati e sviluppati sia il dispositivo che un'applicazione software per l’elaborazione dei dati e il controllo wireless. Questo dispositivo è stato validato in vitro, fornendo un errore medio di 0,0789 cmH2O∙s/L e 0,2433 cmH2O∙s/L, rispettivamente, nella misurazione di resistenza e reattanza. Il dispositivo è stato anche testato in vivo su cinque cavalli sani e un cavallo con diagnosi di SEA (Severe Equine Asthma), dimostrando una buona tollerabilità della procedura, il suo corretto funzionamento e di misurare resistenza e reattanza con una buona affidabilità. Questo nuovo approccio per l'applicazione della FOT ha consentito lo sviluppo di un dispositivo compatto, wireless, poco costoso e portatile per la valutazione non invasiva della meccanica respiratoria nei cavalli durante il respiro spontaneo, fornendo un nuovo prezioso strumento per migliorare la medicina respiratoria veterinaria.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/186300