I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   10 ,   No .   1 A p r il   2 0 1 8 ,   p p .   66 ~ 73   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs . v 1 0 . i1 . p p 66 - 73          66       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   Cha ra cter i z a tion   o Respira tory  Co ndition s Using  La b VIE W     a nd Digita l Spiro m e ter       S.  No o rj a nn a h Ib ra hi m 1 A.   Z . J u s o h 2 N.   Abd ul M a lik 3 ,   A. L .   Asn a w i 4 ,   S.  M a za la n 5     1, 2, 3, 4   De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   K u ll iy y a h   o f   En g in e e rin g ,     In t e rn a ti o n a Isla m ic Un iv e rsit y   M a la y sia   (IIUM ),   Ja lan   G o m b a k ,   5 3 1 0 0   Ku a la L u m p u r   5   De p a rtm e n o f   M a th e m a ti c s,  S c ien c e s an d   Co m p u ter,  P o li tek n ik   P o rt  Dic k so n ,     K m   1 4   Ja lan   P a n tai   7 1 0 5 0   S R u s a ,   Ne g e ri  S e m b il a n       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   6 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Mar   8 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Mar   23 ,   2 0 1 8       On e   o f   th e   e ff e c ti v e   wa y to   d iag n o se   v a rio u re sp irato ry   d ise a se is  u sin g   sp iro m e tr y   tes t.   G o o d   sp ir o m e ter  c o m e w it h   e x c e ll e n g ra p h ica u se in terf a c e .   S p iro m e ter   is  u se d   to   m e a su re   lu n g   p a ra m e te r su c h   a F o rc e d   Ex p irato ry   V o lu m e   in   th e   f irst  se c o n d   a n d   th e   six th   se c o n d ( F EV1   a n d   F EV6 ).   T h is  p a p e p re se n ts  a n   a lg o rit h m   w it h   G r a p h ica Us e In terf a c e   (G UI)  f o c h a r a c teriz a ti o n   o re sp irato ry   c o n d it i o n u si n g   L a b V IEW   S o f tw a r e .   T h e   w h o le  sp iro m e tr y   s y ste m   c o n sists   o f   a   b re a th i n g   c ircu it ry   w it h   p re ss u re   se n so a n d   a   d a ta  a c q u isit io n   b o a rd   (NI  sb RIO  F P G A   b o a rd ).   Re su lt o b tain e d   f ro m   th re e   d iff e re n v o lu n tee rs  w it h   d iff e r e n h e a lt h   p e rf o r m a n c e a re   a lso   p re se n ted   in   th is  p a p e r.   T h e   F E V 1 / F E V 6   ra ti o   o f   a   h e a lt h y   v o lu n tee is  8 1 . 1 % ,   a n   a sth m a   v o lu n tee is  7 2 . 0 4 % ,   a n d   su sp e c ted   b ro n c h it is  v o lu n tee is  3 3 . 4 % .   Ba se d   o n   th e se   re su lt s,  th e   u n h e a lt h y   v o lu n tee rs  ten d   t o   h a v e   s m a ll e v a lu e   o f   F EV 1   w it h   lo w e a r e a   u n d e t h e   c u rv e   w h e n   c o m p a re d   to   h e a lt h y   v o lu n tee r.   K ey w o r d s :   Sp ir o m e ter s   R esp ir ato r y   D is ea s es   P o r tab le   Dig ital   Ven t u r P r in cip le   Natio n al  I n s tr u m e n t   L ab VI E W   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   S.  No o r j an n ah   I b r ah i m   Dep ar t m en t   o f   E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g in ee r i n g ,   K u lli y y ah   o f   E n g in ee r i n g ,     I n ter n atio n al  I s la m ic  U n iv er s it y   Ma la y s ia  ( I I UM ) ,     J alan   Go m b ak ,   5 3 1 0 0   Ku ala  L u m p u r .   E m ail:  n o o r j an n ah @ ii u m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   Sp ir o m e tr y   i s   p ain les s   tes t o   ev alu ate  r esp ir ato r y   p er f o r m an ce   b y   m ea s u r in g   h o w   m u c h   air   ca n   b e   in h a led   an d   ex h aled   i n   o n f o r ce .     I n   s p ir o m etr y   m ea s u r e m e n ts ,   t h q u an t it y   o f   air   in h aled   an d   ex h aled   b y   th e   p atien ts   to g eth er   w i th   t h s p e ed   o f   th ex h alatio n   ar n ee d ed   to   d escr ib th co n d itio n s   o f   lu n g .   T h d ev ice   u s ed   f o r   s p ir o m etr y   test in g   i s   ca lled   s p ir o m eter .   I n   g e n er a l,  s p ir o m eter   h as  t h r ee   b asic   p ar ts m o u t h p iece ,   air f lo w   t u b an d   elec tr o n ic  d ev ice.   A   d esi g n ed   s p ir o m eter   m u s b ab le  o f   co n d u ctin g   an al y s i s   an d   d iag n o s i s   o f   th e   h u m an   r e s p ir ato r y   s y s te m .   T h co m m o n   f u n c tio n   o f   a   b asic  d ig ital   s p ir o m eter   i s   to   p lo th ex p ir ato r y   air   f lo w   ag ai n s to tal   ex p ir a to r y   v o l u m g r ap h ,   al s o   k n o w n   as   t h s p ir o g r a m   th a is   u s ed   b y   h ea lt h   p r o f ess io n al s   to   d escr ib lu n g   f u n ctio n s .                                     A   s p ir o m eter   is   u s ed   to   f ac ilit ate  d o cto r s   in   d iag n o s i n g   r esp ir ato r y   r elate d   d is ea s es  s u c h   a s   ast h m a,   p n eu m o n ia,   b r o n c h iti s ,   ch r o n i o b s tr u cti v p u l m o n ar y   d is ea s es  ( C OP D)   an d   o th er   l u n g   d ef icie n cies.  s i n g le   s p ir o m eter   test   ta k es   o n l y   te n   to   f i f teen   m i n u tes  o f   o p er atio n   ti m e.   Sp ir o m e ter   allo w s   u s   to   ev al u ate  t h b asic  f u n ctio n   o f   h u m a n   r esp ir ato r y   s y s te m   i.e . ,   to   p r o v id en o u g h   o x y g en   i n to   o u r   b o d y   a n d   to   r em o v ca r b o n   d io x id f r o m   th b o d y   [ 1 ] .   I d ea ll y ,   w n ee d   d ev ice  li k s p i r o m eter   t h at  ca n   e v al u ate  t h p er f o r m a n ce   o f   o u r   b r ea th in g   b y   m ea s u r in g   air   v o l u m i n   o u r   l u n g .     No w ad a y s ,   s p ir o m eter   w as  d e s ig n ed   as  s u ch   it  i s   h a n d h eld   a n d   p r o g r am m ab le  to   s u it  th a l w a y s   o n - th e - m o v m o d er n   li f e s t y le  [ 2 ] .   T h er ar v ar io u s   p o r tab le  s p ir o m eter s   t h at  av ai lab le  in   th m ar k et  an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       C h a r a cteriz a tio n   o f R esp ir a to r C o n d itio n s   Usi n g   La b V I E W   a n d   Dig ita   . . . .   ( S .   N o o r ja n n a h   I b r a h im)   67   th er ef o r i ts   c h ar ac ter is t ics   an d   f u n ct io n s   d ep en d   o n   t h t y p o f   s en s o r s   u s ed   to   d etec b r e ath i n g   p atter n s   a n d   p ar am eter s   [ 1 ] , [ 3 ] .   Fig u r 1   s h o w s   t h b lo ck   d iag r a m   o n   h o w   t h s p ir o m eter   w o r k s .   T h er ar s ev er al  s p ir o m e tr ic   p ar a m eter s   u s ed   to   e v al u ate  r esp ir ato r y   co n d itio n s   a n d   lu n g   d is o r d er   s u c h   as  Fo r ce d   E x p ir ato r y   Vo l u m in   1   s ec o n d   ( FEV1 ) ,   Fo r ce d   Vital  C ap ac it y   ( FVC ) ,   FE V1 /FVC   ( FEV1 %),   Fo r ce d   E x p ir ato r y   Flo w   ( FEF )   an d   P ea k   E x p ir ato r y   Flo w   ( P E F)  [ 1 ] .   FEV1   ( Fo r ce d   E x p ir ato r y   Vo l u m e)   i s   m ea s u r o f   h o w   m u c h   air   ca n   b e x h a led   in   o n s ec o n d   f o llo w i n g   d ee p   i n h ala tio n   wh ile  FEV6   ( Fo r ce d   E x p ir ato r y   Vo l u m e)   is   in d ic ates  th h o w   m u c h   air   ca n   b ex h aled   in   s i x   s ec o n d   f r o m   d ee p   in h alatio n .   So m eti m es,   FEV6   ca n   b r ep l ac ed   b y   FV C   ( Fo r ce d   Vital   C ap ac it y )   b ec au s e   b o th   FEV6   a n d   FV C   r et u r n   th e   s a m e   v a lu e s .   B o th   FEV1   a n d   FEV6   p ar a m eter s   ar t h i m p o r tan t   to   d eter m i n th e   l u n g s   ca p ac it y   an d   b r ea th in g   p er f o r m a n ce .                                     Fig u r 1 .   Gen er al  b lo ck   d iag r a m   o f   Sp ir o m etr y   S y s te m       T h is   p ap er   d escr ib es  th c h a r ac ter izatio n   al g o r ith m   u s ed   in   d ev e lo p in g   u s er - f r ie n d l y   p o r tab le  d ig ital  s p ir o m eter   u s i n g   L ab VI E W   an d   Natio n al  I n s tr u m en ts   S in g le  B o ar d   R I ( NI   s b R I O)   [ 4 ] .   T h alg o r ith m   is   ab le  to   ex tr ac t   FEV1   an d   FEV6   f r o m   b r e ath ed   air ,   p r o ce s s   th ese  p ar a m eter s   i n   o r d er   t o   d is tin g u is h   b et w ee n   h ea l th y   a n d   u n h ea lt h y   b r ea th i n g   p r o f ile s .   T h p r o j ec co n s is ts   o f   b r ea th i n g   h ar d w ar e,   NI   s b R I FP G A   b o ar d   an d   L ab VI E W   So f t w ar to   cr ea te  t h ch ar ac ter izatio n   alg o r it h m   o f   w o r k i n g   s p ir o m e ter   s y s te m .   T h L ab VI E W   p r o g r a m   co n s is t s   o f   t w o   p ar ts 1 )   t h d ata  ac q u is i tio n   a n d   2 )   th e   d is ea s d iag n o s is .   T h d ata  ac q u is itio n   p ar w i ll  o b tain   d ata  f r o m   u s er   i n   ter m s   o f   b r ea th ed   air .   Me an w h ile,   t h d is ea s e   d iag n o s i s   p ar w ill  u s th o b t ain ed   d ata  to   an al y ze   t h d is e ase.   T h s y s te m   u s es  Nat io n al   I n s tr u m e n Sin g le   B o ar d   R io   9 6 3 6   ( NI   s b R I O)   f o r   d ig ital  d ata  co n v er s io n   an d   d ata  ac q u is itio n   a n d   b r ea th i n g     h ar d w ar f r o m   w h ic h   u s er s   w ill  u s ed   to   f lo w   air   in to   th s p ir o m e ter .   Deta ils   o f   th p r o j ec ts   w ill b d is cu s s ed   in   p ar t I I   an d   I I I   o f   th p ap er .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 . 1 .   B re a t hin g   Circ uits   B r ea th in g   cir cu itr y   is   th m o s cr u cial  co m p o n e n i n   d ig i t al  s p ir o m eter .   I ca p tu r es  t h ex h ale  a n d   in h a le  p atter n s   ( b r ea th i n g   p att er n s )   co m i n g   t h r o u g h   t h m o u th p iece .   T h cir cu it  co n s is ts   o f   m o u t h p iece   an d   d if f er en tial  p r ess u r s en s o r   ( MP XV7 0 0 2 D P ) . I n   th is   p r o j ec t,  th m o u th p iece   is   d esi g n ed   s p ec if icall y   to   f o llo w   Ve n t u r i’ s   m ea s u r e m e n p r in c ip le;  w h er t h d i f f e r en ce   o f   th e   t w o   p r ess u r es   w it h   d if f er en t   t u b d ia m ete r s   ar u s ed   to   m ea s u r e   f lo w   r ate  an d   v o l u m o f   air   ex h aled   o v er   p er io d   o f   ti m e;  to   d eter m i n u s er s   b r ea th in g   co n d itio n s .   T h a m o u n t   o f   air   co m i n g   i n to   t h s p ir o m e ter   is   m ea s u r ed   b y   f lo w   s en s o r .   I n   o r d er   f o r   th cir cu it  to   w o r k ,   t w o   t u b es  ar attac h ed   a th n ar r o w   a n d   lar g s ec tio n s   o f   t h b r ea th in g   tu b an d   d ir ec tl y   co n n ec ted   to   th p r ess u r s e n s o r   as sh o w n   i n   Fi g u r 2 .     T h er ar th r ee   t y p es  o f   P n e u m o tac h o m e ter   f lo w   s e n s i n g   p r in cip le  th at   ca n   b u s ed   to   b u ild   u p   a   s p ir o m eter .   T h L il y s   an d   t h Fleis c h   p r in cip les,  b o th   u s r esis ti v ele m e n t s   to   cr ea t la m in ar   f lo w   i n   a   b r ea th in g   cir c u itr y   [ 3 ] , [ 5 ] ,   w h ile  th e   Ve n tu r i s   p r in cip le   m ea s u r es   th e   m o v e m en o f   ai r   f lo w i n g   f r o m   w id s ec tio n   to   n ar r o w   s ec tio n   o f   tu b in   its   b r ea th in g   cir cu i [ 6 ] - [ 7 ] .   No te   th at,   th Ven t u r s en s in g   o b e y s   th e   B er n o u lli s   t h eo r e m   b y   co n s tr i ctio n   t h air f lo w   i n   t u b w h ic h   w i ll r es u lt   in   p r ess u r d if f er en ce s .   T h er ef o r e,   to   p r o f ile  lu n g   co n d itio n s ,   p atie n ts   ar r eq u ir ed   to   in h ale  a n d   ex h ale  t h r o u g h   t h m o u t h p iece   w i th   w h ate v er   ef f o r p o s s ib le.     NI    sb RIO  b o a rd     F l o w   S e n s o   Pre s s u r e   S e n s o r   Data  A c q u i s i ti o n   G rap h i c al  Us e In te rfac e   ( L ab V IE W )     A i r   M o u t h p iec e   Diff e r e n ti a p re ss u re   se n so (M P XV 7 0 0 2 D P )     L a b   V iew             ..101100 11..   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   1 A p r il 2 0 18   :   66     73   68   I n   b r ief ,   s p ir o m eter   t h at  u s e s   Ven t u r i s   p r in cip le,   m u s o b tain   t h p r ess u r d if f er en ce s   b et w ee n   t h e   n ar r o w   an d   w id s ec t io n s   o f   th e   t u b u s i n g   tr a n s d u ce r ,   s e n t h e   v al u es   to   a m p li f ier s   a n d   t h en   to   t h e   m icr o p r o ce s s o r   [ 8 ]   f o r   d ata  p r o ce s s in g .   W h en   t h air f lo w   r ea ch es  t h s m aller   d i m e n s io n   s ec tio n ,   th s p ee d   b ec o m e s   h i g h er ,   h e n ce   lo w   p r ess u r is   e x er ted .   T h er ef o r e,   th p r ess u r d if f er en ce   b et w ee n   t h ese  t w o   s ec tio n s   ca n   g e n er ate  f lo w   r ate  Q,   g i v en   b y :                                                 (         )           ( 1 )     w h er ρ   i s   air   d e n s it y   i n   k g / m 3 ,   A 1   is   t h d ia m eter   o f   tu b e’ s   lar g ar ea ,   A is   t h d ia m eter   o f   t u b e’ s   n ar r o w   ar ea ,   P 1   is   th p r ess u r m ea s u r ed   at  lar g tu b e’ s   ar ea   an d   P 2   is   th p r ess u r m ea s u r ed   at  n ar r o w   t u b e’ s   r esp ec tiv el y .   B y   k n o w i n g   th e   f lo w   r ate,   th e   v o l u m o f   t h e x h ala tio n   ca n   b d eter m i n ed .   T h lu n g s   v o lu m e   is   d eter m i n ed   b y   i n te g r ati n g   f l o w   r ate  o v er   ti m e.                                                                        )               ( 2 )     Dif f er en t   s ec tio n s   d ia m e ter   is   b u ilt  to   f ac i litate  la m i n ar   f lo as  an   i n itiat iv to   s u p p o r f u ll  f lo w   o f   p atien t s   ex h alatio n .   T h s tan d ar d   d iam e ter   o f   s p ir o m eter   m o u t h p iece   is   2 . 5 4 cm ,   3 . 1 8 c m ,   an d   3 . 8 1 cm   [ 7 ] .   Ou r   d i g ital  s p ir o m eter   d esi g n   is   u s in g   ap p r o x i m atel y   2 . 6 cm   d ia m eter   f o r   A 1   f o r   a   f lo v elo cit y   o f   3 3 . 3 m / s   an d   1 . 1 cm   d ia m eter   f o r   A 2.   B y   u s in g   f o r m u la  i n   ( 1 ) ,   th s p ir o m eter   ca n   ac h ie v li n ea r   f lo w - p r ess u r e   r elatio n s h ip   w h ic h   m ea n s   it  c an   g e n er ate  m o r ac cu r ate  m ea s u r ab le  v al u th a n   t h Fleis ch   tu b o r   Ven tu r i   tu b th at  h as  f i x ed   d ia m eter   s e ctio n s   [ 2 ].   T h MP XV7 0 0 2 DP   p r ess u r e   s en s o r   is   u s ed   i n   t h is   d esi g n   b ec au s o f   its   ab ili t y   to   co n v er ts   th e   p ar am eter   i n to   air   f lo w   a n d   its   co m p atib ili t y   w i th   th m icr o co n tr o ller .   T h s en s o r   ca n   also   p r o v id an   ac cu r ate  an a lo g   i n p u s i g n al  p r o p o r tio n al  w it h   r esp ec to   th in p u p r ess u r e.   T h b r ea t h in g   cir cu i tr y   als o   in cl u d es  a   v o lta g g e n er ato r   to   r ed u ce   t h 9 b atter y   to   5 v o lta g s u p p l y   s o   th a t h p r ess u r s en s o r   i s   p r o tecte d   f r o m   o v er   c u r r en t.   T h en ,   t h a n alo g   o u tp u t   o f   t h s en s o r   is   co n n ec ted   t o   NI   s b R I 9 6 3 6   m icr o co n tr o ller   b o ar d   an d   L ab VI E W   ar u s ed   as  th d a ta  ac q u is it io n   m o d u le  a n d   cr ea te  Gr ap h ic  User   I n ter f ac ( GUI )   f o r   th s y s te m .           Fig u r 2 T h b r ea th in g   cir cu i t r y   o f   th d i g ital sp ir o m e ter   u s i n g   Ve n t u r i p r in c ip le       2 . 2 .   M icr o co ntr o ller  NI s bRI O   9 6 3 6   a nd   L a bVI E W   L ab VI E W   s o f t w ar i s   g r a p h ical  la n g u a g i n teg r ated   d ev elo p m e n e n v ir o n m e n a n d   m u ltip le  co m p iler s .   L ab VI E W   co m p ile   th m ea s u r e m e n ts   d ata  f r o m   NI   s b R I w i th   t h al g o r ith m   co d in to   m ac h i n e   co d es.  L ab VI E W   als o   p r o v id es  m o r r eliab le  ap p licatio n   in   g r ap h ical   ed ito r ,   p r o j ec v ie w   a n d   i n ter f ac to   th h ar d w ar e   [ 9 ] .   I n   t h is   w o r k ,   L ab VI E W   w as   u s ed   to   p r o d u ce   g r ap h ical   d esire d   i n ter f a ce .   Me an w h ile,   t h e   Natio n al  I n s tr u m e n Sin g le  B o ar d   R io   9 6 3 6   f p g b o ar d   ( NI   s b R I O)   w as  u s ed   f o r   d ig ital  d ata  co n v er s io n   an d   d ata  ac q u is it io n   o b tai n ed   f r o m   th e   b r ea th i n g   cir c u it.  T h NI   s b R I 9 6 3 6   w a s   c h o s e n   b ec a u s e   it  i s   co m p atib le  w it h   L ab VI E W ,   ea s y   to   p r o g r a m   a n d   s u p p o r m an y   co m m u n icatio n   p r o to co ls .   T h o u tp u t   f r o m   th b r ea t h in g   c ir cu it  w a s   co n n ec ted   to   a n al o g   in p u p i n   1   an d   p i n   3   o f   th b o ar d .   Sig n als   f r o m   t h a n a lo g   i n p u ts   ar th e n   co n v er ted   to   d ig ital b y   NI   s b R I 9 6 3 6   as sh o w n   i n   Fi g u r 3 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       C h a r a cteriz a tio n   o f R esp ir a to r C o n d itio n s   Usi n g   La b V I E W   a n d   Dig ita   . . . .   ( S .   N o o r ja n n a h   I b r a h im)   69   T h p r o g r am   to   ca lc u late   s p r i o m e tr ic  p ar a m eter s   i.e . ,   FEV1 ,   FEV6 ,   w as   d ev elo p ed   u s i n g   L a b VI E W   s o f t w ar a n d   s a v ed   i n   t h R A M   o f   NI   s b R I b o ar d   in   ( . ex e)   f o r m at.   O n ce   t h p r o g r a m   i s   u p lo ad ed   to   th R A M,   NI   s b R I ca n   f u n ctio n   as  s ta n d - alo n s p ir o m ete r .   T h b o ar d   is   also   co n n ec t ed   to   th co m p u ter   co n tain i n g   L ab VI E W   th r o u g h   C at  5 E th er n et  ca b le   f o r   G UI .   T h co n v er s io n   f r o m   P r ess u r to   Flo w   w as   r ep o r ted   in   [ 10 ]   u s in g   L ab VI E W   VI   ( Vir tu al  I n ter f ac e) .   Me a n w h ile  d etail s   o n   t h c h ar ac ter izatio n s   tec h n iq u e   u s i n g   s p ir o m etr ic  p ar a m eter s   FEV1   an d   FEV6 /FV C   ar d is cu s s ed   in   t h f o llo w i n g   s u b s ec t io n .                                           Fig u r 3 .   Setu p   f o r   th b r ea th i n g   e x p er i m e n ts   u s in g   t h p o r tab le  d ig ital sp ir o m eter       2 . 3 .   Cha ra ct er iza t io n o f   re s pira t o ry   co nd it io ns   I m p o r tan s p ir o m etr ic  p ar a m e ter s   u s ed   to   d eter m i n r esp ir ato r y   co n d itio n s   ar th FEV1   an d   FEV6 .   FEV1   is   m ea s u r o f   h o w   m u c h   air   ca n   b ex h aled   i n   o n s ec o n d   f o llo w in g   d ee p   in h alatio n   p r o ce s s .   Me an w h ile,   FEV6   r ep r esen ts   th air   ex h aled   at  th s i x t h   s ec o n d s   o f   d ee p   in h alatio n   p r o ce s s .   So m eti m es,   FEV6   also   k n o w n   as  t h Fo r ce   Vital  C ap ac it y   ( FV C )   w h ic h   in d icate s   t h e   v o l u m o f   air   in   lu n g s   th a ca n   b ex h aled   f r o m   d ee p   in h alatio n .   T h ese  t w o   p ar a m eter s   ca n   b m ea s u r ed   ea s il y   i n   L ab Vie u s i n g   eq u at io n s   i n   T ab le  1   [ 1 1 ] :         T ab le  1 .   Fo r m u la s   to   d eter m in th s p ir o m etr ic  p ar a m eter s     S e x   F o r mu l a   t o   C a l c u l a t e   F EV 1   a n d   F EV 6 / F V C   M e n   F EV 1                   {l i t e r s}   =   ( 4 . 3 0   ×   h e i g h t { me t e r s} )     ( 0 . 0 2 9   ×   a g e   {y e a r s} )     2 . 4 9           F EV 6 / F V C   {l i t e r s}   =   ( 5 . 7 6   ×   h e i g h t { me t e r s}   )   ( 0 . 0 2 6   ×   a g e   {y e a r s} )     4 . 3 4     W o m e n     F EV 1                   {l i t e r s}   =   ( 3 . 9 5   ×   h e i g h t { me t e r s} )     ( 0 . 0 2 5   ×   a g e   {y e a r s} )     2. 6 0                       F EV 6 / F V C   {l i t e r s}   =   ( 4 . 4 3   ×   h e i g h t { me t e r s} )     ( 0 . 0 2 6   ×   a g e   {y e a r s} )     2 . 8 9            As  t h FEV1   a n d   FEV6   v alu es  ar p r o p o r tio n al  to   th s ize   o f   l u n g ,   t h er ef o r m e n   an d   w o m en   o f   d if f er e n a g o r   h eig h t   w ill   h a v d i f f er e n FEV1   an d   FEV6   v al u es .   I n   t h d e s ig n ed   GUI ,   i m p o r tan t   s p ir o m etr ic  p ar a m eter s   s u c h   a s   p r ess u r f lo w ,   v elo cit y   a n d   v o lu m e,   w ill  b ca lc u lated   an d   w ill  b d is p la y ed   in   th r ee   d if f er en g r ap h s   as  co n tr o p ar am eter   r esp ec ti v el y   [ 10 ] .   A f ir s t,  u s er   p ar ticu lar s   s u ch   as  s e x ,   ag an d   h eig h t s   m u s b r ec o r d ed   in   GUI   m en u   s h o w n   in   F ig u r 4 .   T h en ,   th e s d ata  w i ll  b co n v er ted   i n to   in te g er   n u m b er   i n   o r d er   to   co m p ar t h r ec o r d ed   v alu w it h   t h co n s tan v al u es  s et  f o r   ea ch   d is ea s e.   T h is   co m p ar is o n   is   v ital  to   d eter m i n th FE V1 /FEV6   th r esh o ld   v al u es  wh ich   u s ed   to   d eter m i n t h k in d   o f   r esp ir ato r y   co n d itio n   t h e   p atien t   h a s .   T h co m p ar is o n   is   o n   p r ed icted   FEV  v al u o r   p er ce n ta g r at io   o f   FE V1 /FEV6 .   Du r in g   b r ea t h in g   e x p er i m e n t s ,   d if f er e n ce s   o f   t h air   f lo w   wer m ea s u r ed   b y   t h t h p r ess u r s e n s o r   an d   s en t   to   th s b R I b o ar d .   T h en   th s i g n als  f r o m   t h s en s o r   w er co n v er ted   an d   ca lcu lated   u s i n g   t h e   ch ar ac ter izatio n   al g o r ith m   s a v ed   in   s b R I O.   Fi n all y   t h e s ca lcu lated   s p ir o m etic  p ar a m eter s   w er d is p la y ed   o n   th GUI .           s b R I b o ar d   B r ea th in g   cir cu itr y   L ab   Vie w   So f t w ar e   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                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   1 A p r il 2 0 18   :   66     73   70       Fig u r 4   GUI   f o r   Dis ea s Di ag n o s is   b ased   o n   p atien t d ata  ( Heig h t,  A g a n d   Gen d e r )   to   d eter m i n th FEV1 FEV6   th r es h o ld   v alu e s   o f   r esp ir ato r y   d is ea s es       Fig u r 5   s h o w s   th al g o r ith m   t o   ch ar ac ter ize  r esp ir ato r y   co n d itio n s   t h at  w ill b r ef lecte d   o n   th GUI .   Fo r   u s er   w h o   is   af f ec ted   b y   a s t h m d is ea s e,   th p er ce n tag FEV1   w i ll  b less   th an   0 . 8 .   W h en   th e   FEV1 /FEV6   is   eq u al  to   0 . 8 ,   it   in d icate s   t h at  t h u s er   i s   at   th ea r l y   s tag e   o f   a s t h m a   d is ea s e.   I n   o th er   w o r d s ,   i f   th FEV1 /FEV6   r atio   v alu e   d ec r ea s es  th an   0 . 8 ,   it  m ea n s   th s e v er it y   o f   r esp ir ato r y   d is ea s in cr ea s e s .   T h er ef o r e,   th m i n i m u m   v a lu f o r   a s th m a   d is ea s e   w as   s e t o   0 . 8   o r   8 0 . Oth er w is e,   i f   t h u s er   h a v i n g   FE V   r atio   m o r th a n   0 . 8 ,   it in d icate s   th u s er   h a s   n o r m a l o r   h ea lth y   lu n g s .   User s   w it h   FEV/ FEV6   r atio   less   t h an   0 . 7   o r   p er ce n tag les s   th a n   7 0 %,  th e y   m ig h b af f ec ted   b y   C OP D.   No te  th at,   it  is   n o r m al   an d   p o s s ib le  to   h av C OP an d   asth m at  t h s a m ti m e.   Si m i lar   to   asth m a,   w h e n   th v al u i s   les s   t h an   0 . 7 ,   th cr itical  t h C OP m i g h b e.   B r o n ch itis   is   o n o f   th s y m p to m s   f o r   C O P D.   Hen ce ,   p atien t s   w it h   lo w er   FEV1 /FVC   v al u m i g h b d iag n o s ed   to   h a v b r o n ch itis .   T h er is   n o   ex ac t   co n s ta n v al u to   d eter m in e   b r o n ch iti s   b u t   i n   t h is   al g o r ith m ,   th m i n i m u m   FEV1 /FE C   v a lu w a s   s et  to   0 . 6 5   o r   6 5 %.  No te  th at   p atien w h o   is   a f f ec ted   b y   ch r o n ic  b r o n ch iti s   ca n   al s o   b a f f ec ted   b y   ast h m a n d   C OP [1 1 ] .   On   th co n tr ar y ,   lu n g   c an ce r   ca n n o b ac cu r atel y   d etec ted   b y   s p ir o m etr y   te s t.  T h is   is   b ec au s e,   to   d etec an y   ca n ce r   in cl u d i n g   l u n g   ca n ce r ,   p atien m u s u n d er g o   th b lo o d   test   an d   b io p s y   p r o ce d u r f ir s t.   Nev er th e less ,   i n   t h i s   al g o r it m   th FEV1 / FEV6   r atio   w a s   s e to   0 . 3   f o r   u s er s   to   b s u s p ec ted   s u f f er i n g   f r o m   lu n g   ca n ce r .   T h 0 . 3   r atio   is   u s ed   to   p o tr ay   a   s e v er n u m b er   f o r   r esp ir ato r y   f u n ctio n   w h ic h   m ea n s   t h p atie n t   m i g h t   s u f f er   f r o m   l u n g   ca n c er   d u to   v er y   lo w   v al u o f   FE V1 .   I n   b r ief ,   t h GUI   w i ll  s h o w   w h at   k i n d   o f   lu n g   co n d itio n   th u s er   m i g h h a v i.e . ,   h ea lth y ,   ast h m a,   b r o n ch iti s ,   C OP o r   lu n g   ca n ce r .     T o   test   th f u n ctio n ali t y   o f   th e   d is ea s e   ch ar ac ter izatio n   al g o r ith m ,   a   b r ea th i n g   test   w as   co n d u cted   o n   th r ee   v o l u n teer s   w i th   d if f er en t   r esp ir ato r y   co n d itio n s   ( T ab le  2 ) .   T h v o lu n teer s   w er r eq u ir ed   to   in h a le  d ee p   b r ea th   an d   ex h a le  th r o u g h   m o u t h p iece   w it h i n   1 0   s ec o n d s .   T h test   w as  r ep ea ted   s ev er a ti m e s   an d   av er a g e   v alu e s   w ill b ca lc u late d   an d   d is p la y ed   in   L ab VI E W   GUI .           Fig u r 5 .   L ab Vie w   Vir t u al  I n t er f ac ( VI )   f o r   ch ar ac ter izatio n   o f   r esp ir ato r y   d is ea s e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       C h a r a cteriz a tio n   o f R esp ir a to r C o n d itio n s   Usi n g   La b V I E W   a n d   Dig ita   . . . .   ( S .   N o o r ja n n a h   I b r a h im)   71   T ab le  2 .   P r o f iles   o f   p atien t to   t est th r esp ir ato r y   d is ea s ch ar ac ter izatio n   alg o r it h m       3.   RE SU L T A ND  D I SCU SS I O N   T h r ee   d if f er en c u r v es  w er p l o tted   in   [ 10 ]   to   p r o f ile  b r ea th in g   p atter n s   o f   t h v o l u n teer s   i n   T ab le  2 .   T h cu r v e s   ar e:  1 ) Vo lta g v s   T im e,   2 ) A ir   Flo w   v s   T i m a n d   3 ) Vo lu m e   v s   T i m e.   B y   u s i n g   FEV1 /FEV6   r atio ,   r esp ir ato r y   p er f o r m a n ce s   ca n   b ca teg o r ized . T h th r ee   clas s i f ica tio n   s tu d ied   in   t h i s   p r o ject  ar h ea lth y   an d   t w o   o b s tr u ct iv d is ea s es,  a s th m an d   b r o n ch itis .   No te  t h at  th r atio   o f   FEV1 /FE V6   f r o m   Vo lu m v s   T i m e   cu r v is   u s ed   to   d eter m i n th lu n g   co n d itio n s   u s i n g   th f o r m u la  b elo w :                                               ( 3 )     Fro m   t h r es u lt s   i n   [ 10 ] ,   it  ca n   b s ee n   t h at  th e   Vo lu m v s   T im p lo ts   o f   t h t h r ee   v o lu n t ee r s   g a v e   s i m ilar   asce n d in g   tr en d   o f   cu r v es  b u w it h   d if f er e n v a lu e s .   T h FEV1 /FEV6   r atio s   ar ap p r o x i m atel y   8 1 . 1 %,   7 2 . 0 4 %   an d   3 3 . 4 f o r   th h ea lth y ,   as th m atic  a n d   th b r o n ch iti s   v o lu n teer s   r esp ec ti v el y   ( Fig u r 6 - 8 ) .   I n   ea ch   f i g u r e,   t h GUI   ( g r ee n   b ac k g r o u n d )   s h o w n   t h d etail s   o f   ea c h   v o l u n teer s   a n d   th ca lc u late d   FEV1   an d   FEV6 ,   FEV1 /FEV6   r atio ,   m i n i m u m   v alu e s   o f   d is ea s es  t h r es h o ld   with   r esp ec to   v o l u n teer s   s e x ,   h eig h t   an d   a g e,   a n d   th d iag n o s is   o f   th r esp ir at o r y   co n d itio n s .   I ca n   also   b in f er r ed   th at  th air   v o lu m ex h aled   b y   th e   v o lu n teer s   at  t=1 s   a n d   t=6 s   r esu lted   w it h   d i f f er e n v alu e s   o f   w h ic h   ca n   r e f lect  t h l u n g   v o lu m o f   ea ch   v o lu n teer s .         Fig u r 6 .   R esu lt f o r   Vo lu n teer   A   ( Hea lt h y )       Fig u r 7 .   R esu lt f o r   Vo lu n teer   B   ( Su s p ec ted   f o r   A s th m a)   C a t e g o r y   V o l u n t e e r   A   V o l u n t e e r   B   V o l u n t e e r   C   A g e     ( y e a r s)   22   24   55   H e i g h t   ( m)   1 . 5 0   1 . 5 5   1 . 4 9   N o r mal   F EV 1 / F EV 6   ( c a l c u l a t e d   i n   L a b   V i e w )   8 3 . 6 8   8 8 . 1   8 3 . 7   M e a su r e d   F EV 1 / F EV 6   8 1 . 0 9 9   7 2 . 0 4   3 3 . 3 8   H e a l t h   C o n d i t i o n   H e a l t h y   S u sp e c t e d   f o r   A st h ma   S u sp e c t e d   f o r   B r o n c h i t i s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  10 ,   No .   1 A p r il 2 0 18   :   66     73   72     Fig u r 8 .   R esu lt f o r   Vo lu n teer   C   ( Su s p ec ted   f o r   B r o n ch itis )       R es u lts   p o r tr ay ed   in   t h ese  G UI s   w er ca lc u lated   u s i n g   t h e   ch ar ac ter izatio n   p ar a m eter s   i n   F ig u r 5 .   T h is   GUI   ca n   b u s ed   to   f ac il i tate  u s er s   to   id en ti f y   t h eir   r esp ir ato r y   co n d itio n s   a n d   also   ca n   b ea r ly   d iag n o s i s   o f   th co n d itio n s   ,   w h e th er   u s e r s   n ee d   to   co n s u l m ed ical  p r o f es s io n al s   o r   n o t.   T h en   d ata  o f   t h FEV1 /FE V6   r atio s   f o r   all  v o l u n tee r s   w er p lo tted   i n   Fig u r 9 .   R esp ir ato r y   co n d itio n s   ca n   b id en tif ied   f r o m   t h FEV1 /FEV6   r atio   d is tin ct iv el y   w it h   th h ea lt h y   v o lu n teer   h as  t h e   h ig h e s FEV1   v al u es  co m p ar ed   to   th o th er   v o lu n teer s   w ith   a s th m a n d   b r o n ch it is   co n d itio n s .   T h m ea s u r e m e n r a n g ( m a x i m u m   a n d   m i n i m u m   v al u es)  o f   FEV1   is   b ig g er   t h an   t h FEV6   ca n   in d icate   th a t   f o r ce   u s ed   f o r   ex h alatio n   at   th t=1   is   cr u cial   to   g i v b etter   d is tin ct io n   b et w ee n   h ea lt h y   a n d   p r o b le m atic  l u n g   co n d itio n s   t h an   at  t h en d   o f   th in h alatio n   o r   at  t=6   o f   d e ep   in h alatio n .   Vo lu n teer   A   h a s   lar g er   FEV1   an d   FEV6   co m p ar ed   to   v o lu n teer   B   an d   C .   P atien C   w h o   s u s p ec ted   to   h av p o o r   lu n g s   p er f o r m an ce   te n d s   to   h av e   lo w er   v o lu m e - ti m g r ap h   d u e   to   s m a ll  v o lu m e   o f   a ir   i n s id h er   l u n g s .   As  a   w h o le,   t h ese   r esu lts   also   ca n   be   u s ed   as   t h p r o o f   o f   co n c ep th at  th e   d esig n ed   p o r tab le  s p ir o m eter   ca n   d is t in g u is h   d if f er e n ce s   in   lu n g   co n d itio n s .     T h ese  r es u lts   ar also   in   a g r ee m e n w it h   liter at u r w h er t h n o r m al  v al u o f   FEV1 /FEV6   r atio   f o r   h ea lth y   p er s o n   m u s b h ig h er   t h an   8 0   p er ce n [ 8 ] .   H en ce ,   an y   v al u es  t h at  ar b elo w   8 0   p er ce n ca n   b e   ca teg o r ized   as  ab n o r m a o r   u n h ea lt h y   lu n g   p er f o r m a n ce .   Fo r   f u r th er   i m p r o v e m en h o w e v e r ,   m o r test i n g s   o n   u s er s   ar n ee d ed   to   en s u r a cc u r ac y   a n d   p r ec is io n   o f   t h alg o r ith m   a s   w ell   as  to   cr ea t d atab ase  o f   t h e   s p ir o m eter .           Fig u r 9 C o m p ar is o n   o f   FEV 1 /FEV6   r atio s   f r o m   d ata  m ea s u r ed   u s i n g   th d ig ital sp ir o m et er             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       C h a r a cteriz a tio n   o f R esp ir a to r C o n d itio n s   Usi n g   La b V I E W   a n d   Dig ita   . . . .   ( S .   N o o r ja n n a h   I b r a h im)   73   4.   CO NCLU SI O N   I n   n u t s h ell,   th i s   p ap er   p r ese n ts   t h d ev elo p m e n o f   r esp i r ato r y   d is ea s c h ar ac ter izatio n   alg o r ith m   f o r   d ig ital  s p ir o m eter   u s i n g   NI   s b R I 9 6 3 6   an d   L ab VI E W   s o f t w ar e.   R esu lts   f r o m   b r ea th i n g   e x p er i m e n ts   s h o w ed   t h at  t h s p ir o m eter   is   ca p ab le  o f   d is ti n g u i s h i n g   b et w ee n   n o r m al  a n d   ab n o r m al  r e s p ir ato r y   co n d itio n s   f r o m   t h FEV1 /FEV6   r atio   a n d   b ec o m t h p r o o f   o f   p r in cip le  f o r   th d ev elo p m e n o f   p o r tab le  d ig ital  s p ir o m eter .           ACK NO WL E D G E M E NT   T h au t h o r s   w o u ld   li k to   t h a n k   t h Ma la y s ia  Di g ital   E co n o m y   C o r p o r atio n   ( MD E C )   s p o n s o r in g   th e   L ab VI E W   T r ain in g   th T r ain er   p r o g r a m   an d   Natio n al  I n s t r u m e n ts   f o r   d o n atin g   th NI   s b R I b o a r d .   T h is   p ap er   w a s   p ar o f   w o r k s   co n d u cted   u n d er   th I I UM   R e s ea r ch   I n it iati v Gr an Sch e m ( R I GS1 6 - 334 - 0 4 9 8 ) .   T h au th o r s   w o u ld   also   l ik e   t o   ac k n o w led g all   s u p p o r ts   g iv en   b y   t h I I UM   R esear c h   Ma n ag e m e n C e n tr e   th r o u g h   t h g r a n t.       RE F E R E NC E S   [1 ]   L .   Dh iv i y a lak sh m i,   e a l . ,   L a b v i e w Ba s e d   Ex h a latio n   M o n it o ri n g   S y st e m ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o f   Ad v a n c e me n ts   in   Res e a rc h   &   T e c h n o lo g y v o l/ is su e 2 (6 ) 2 0 1 3 .   [2 ]   Ca rsp e c k e n   C W . e a l. ,   T e leS p iro A   lo w - c o st  m o b il e   sp iro m e ter  f o re so u rc e - li m it e d   s e tt in g s ,”   i c o n fer e n c e   p ro c e e d in g s o f   Po i n t - of - Ca re   He a lt h c a re   T e c h n o lo g ies   ( PHT ) ,   p p .   1 4 4 - 1 4 7 2 0 1 3 .   [3 ]   A lejo s   P .   R . e a l. ,   Dig it a sp ir o m e ter  w it h   Lab V iew   in terf a c e ,”   i c o n fer e n c e   p ro c e e d in g o 1 8 th   In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   El e c tro n ics ,   Co m mu n ica t io n s a n d   C o mp u ter s , p p.   105 - 1 1 0 2 0 0 8   [4 ]   K.  N.  Ra o   a n d   N.  V .   Re d d y ,   Hu m a n   Da ta  A c q u isit io n   t h ro u g h   Bi o m e tri c s u sin g   L a b V IEW ,”   In ter n a ti o n a J o u rn a l   o El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) v o l/ issu e 7 ( 1 ),   p p .   2 2 5 - 2 2 9 2 0 1 7 .   [5 ]   S o d h I G . e a l. ,   De v e lo p m e n o f   G UI  f o S p iro m e ter   a n d   C a lcu latio n   o f   d if fe re n S p iro m e tr ic  P a ra m e t e rs ,”   In ter n a t io n a J o u rn a o S c ien ti fi c   &   En g in e e rin g   Res e a rc h ,   v o l/ issu e :   6 ( 6 ) 2 0 1 5 .   [6 ]   Ka rth ik e y a n ,   e a l. ,   No v e M e th o d   o f   Im p le m e n ti n g   S p ir o m e ter  Us in g   A n d ro id ,   IJ RE T :   In ter n a t io n a J o u rn a o Res e a rc h   in   E n g i n e e rin g   a n d   T e c h n o lo g y ,   v o l/ issu e :   3 ( 3 ) 2 0 1 4 .   [7 ]   R.   Ca rta,  e a l. ,   A   Diffe re n ti a P re ss u re   A p p ro a c h   to   S p iro m e tr y ,”   i c o n fer e n c e   p ro c e e d in g o IE EE   Bi o me d ica l   Circ u it s a n d   S y ste ms ,   2 0 0 7 .   [8 ]   A l m e n   M J . e a l. ,   NI  L a b V IE W   b a se d   b re a th in g   t ra in e w it h   b io f e e d b a c k   a n d   p leth y s m o g ra p h y ,”   i c o n fer e n c e   p ro c e e d in g s o   2 0 1 4   IEE Reg io n   1 0   ( T ENCON) ,   p p .   1 - 4 2 0 1 4 .   [9 ]   J.  G o n z a les ,   S p iro m e ter De m o   w it h   F re e sc a le M icro c o n tro ll e rs,”   Re v .   1 ,   2 0 1 2 .   [1 0 ]   Ib ra h im   S .   N.,   e a l. ,   De v e lo p m e n o f   P o rta b le  Di g it a S p i ro m e te Us in g   NI  sb RIO ,”   i c o n fer e n c e   Pro c e e d in g   o f   th e   4 t h   IEE In ter n a ti o n a C o n fe re n c e   o n   S m a rt I n str u me n ta ti o n ,   M e a su re me n a n d   Ap p li c a ti o n s ( ICS IM A) 2 0 1 7 .   [1 1 ]   V e stb o   J . e a l. ,   C h a n g e in   f o rc e d   e x p irato ry   v o lu m e   in   1   se c o n d   o v e ti m e   in   COP D ,”   Ne En g l a n d   J o u rn a o M e d icin e ,   v o l/ issu e 3 6 5 (1 3 ) ,   p p .   1 1 8 4 - 92 2 0 1 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.