The rapidly increasing prevalence of debilitating breathing disorders, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD), calls for a meaningful integration of artificial intelligence (AI) into healthcare. While this promises improved detection and monitoring of breathing disorders, AI techniques are almost invariably "data hungry" which highlights the importance of generating physically meaningful surrogate data. Indeed, domain aware surrogates would enable both an improved understanding of respiratory waveform changes with different breathing disorders, and enhance the training of machine learning algorithms. To this end, we introduce an apparatus comprising of PVC tubes and 3D printed parts as a simple yet effective method of simulating both obstructive and restrictive respiratory waveforms in healthy subjects. Independent control over both inspiratory and expiratory resistances allows for the simulation of obstructive breathing disorders through the whole spectrum of FEV1/FVC spirometry ratios (used to classify COPD), ranging from healthy values to values seen in severe chronic obstructive pulmonary disease. Moreover, waveform characteristics of breathing disorders, such as a change in inspiratory duty cycle or peak flow are also observed in the waveforms resulting from use of the artificial breathing disorder simulation apparatus. Overall, the proposed apparatus provides us with a simple, effective and physically meaningful way to generate faithful surrogate breathing disorder waveforms, a prerequisite for the use of artificial intelligence in respiratory health.


翻译:神经系统技术几乎无一例外地“数据饥饿”,这凸显了产生具有物理意义的代孕数据的重要性。事实上,对域有认识的代孕方法既能使人们更好地了解呼吸波形变化的不同呼吸障碍,又能加强对机器学习算法的培训。为此,我们引入了由PVC管和3D印刷部件组成的机器,作为在健康对象中模拟阻塞性和限制性呼吸波形的简单而有效的方法。独立控制呼吸道障碍和阻塞性呼吸波形的抗药性几乎无一例外地“数据饥饿”强调生成具有物理意义的代孕数据的重要性。事实上,对域有意识的代孕代体将使人们更好地了解呼吸波形变化的不同呼吸道障碍,从健康的价值观到严重慢性阻塞性肺病的价值观。此外,在健康对象中也观察到了由PVC管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管管

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