Development and evaluation of physical properties of a low-cost handheld device for airway clearance therapy

Abstract

ABSTRACT Several respiratory diseases are characterized by hypersecretion, requiring airway clearance therapy (ACT). Oral high-frequency oscillation (OHFO) devices are effective to enable daily ACT; however, they are still too expensive to become available for low-income patients. We sought to develop a low-cost device (OHFO-LC) and compare its physical properties with those OHFO commercially available (Shaker and Flutter). The OHFO-LC was developed from polyvinyl chloride material and one stainless steel sphere. Pressures and frequencies were measured at flows of 4, 6, 8, 10 and 15L/min. Pressures at the mouthpieces were measured by a transducer connected to a microcomputer. The oscillation frequencies were obtained from the graph of the pressure. The frequencies and pressures were compared among groups using one-way Anova and Tukey’s post hoc tests, p≤0.05. There were no differences among the frequencies of the three devices in all tested flows. The OHFO-LC device showed a higher positive expiratory pressure compared with the Shaker at all tested flows (4 L/min: 4.7±1.2 vs. 1.0±0.2 cmH2O; 6 L/min: 8.6±1.5 vs. 3.5±0.5 cmH2O; 8 L/min: 10.8±1.6 vs. 5.4±0.2 cmH2O; 10 L/min: 13.5±1.2 vs. 7.7±0.4 cmH2O; 15 L/min: 14.3±1.1 vs. 7.8±0.2 cmH2O; OHFO-LC vs. Shaker; p≤0.05) and at 10 and 15 L/min compared with Flutter (10 L/min: 13.5±1.2 vs. 7.5±1.2 cmH2O; 15 L/min: 14.3±1.1 vs. 8.2±1.2 cmH2O; OHFO-LC vs. Flutter, p≤0.05). The cost of the OHFO-LC device was much lower than both the Shaker and the Flutter. Our results showed that the OHFO-LC had physical properties with similar frequencies but higher pressures than other OHFO devices that are commercially available. Future studies are necessary to evaluate its clinical efficacy.

RESUMEN Varias enfermedades respiratorias se caracterizan por hipersecreción, que requiere higiene bronquial (HB). Los osciladores orales de alta frecuencia (OOAF) son dispositivos que promueven la HB diaria; sin embargo, su costo puede no ser factible para la adquisición por parte de pacientes con bajos ingresos. Los objetivos de este estudio fueron desarrollar un OOAF de bajo costo (OOAF-BC) y comparar sus propiedades físicas con las de los disponibles comercialmente (Shaker y Flutter). El OOAF-BC se desarrolló con material de polivinilo clorado y una bola de acero inoxidable. Las presiones y frecuencias se midieron en flujos de 4, 6, 8, 10 y 15 L/min. Las presiones de la boquilla se midieron mediante un transductor conectado a la computadora. Las frecuencias de oscilación se derivaron del gráfico de presión. Se compararon los dispositivos con la utilización de Anova con post hoc de Tukey, p≤0,05. No hubo diferencias entre las frecuencias de los tres dispositivos en todos los flujos probados. El OOAF-BC mostró una presión más alta en comparación con Shaker en todos los flujos probados (4 L/min: 4,7±1,2 vs. 1,0±0,2 cmH2O; 6 L/min: 8,6±1,5 vs. 3,5±0,5 cmH2O; 8 L/min: 10,8±1,6 vs. 5,4±0,2 cmH2O; 10 L/min: 13,5±1,2 vs. 7,7±0,4 cmH2O; 15 L/min: 14,3±1,1 vs. 7,8±0,2 cmH2O; OOAF-BC vs. Shaker; p≤0,05) y con flujos de 10 y 15 L/min en comparación con Flutter (10 L/min: 13,5±1,2 vs. 7,5±1,2 cmH2O; 15 L/min: 14,3±1,1 vs. 8,2±1,2 cmH2O; OOAF-BC vs. Flutter, p≤0,05). El costo de OOAF-BC fue al menos seis veces menor. El OOAF-BC mostró frecuencias similares y presiones más altas que otros OOAF disponibles comercialmente. Se necesitan estudios futuros para evaluar su eficacia clínica.

RESUMO Diversas doenças respiratórias são caracterizadas por hipersecreção com necessidade de higiene brônquica (HB). Osciladores orais de alta frequência (OOAF) são dispositivos que promovem HB diária; entretanto, seu custo pode ser inviável para aquisição por pacientes com baixa renda. Os objetivos deste estudo foram: desenvolver um OOAF de baixo custo (OOAF-BC) e comparar suas propriedades físicas com as dos disponíveis comercialmente (Shaker e Flutter). O OOAF-BC foi desenvolvido com material de polivinil clorido e uma esfera de aço inoxidável. As pressões e frequências foram mensuradas nos fluxos de 4, 6, 8, 10 e 15 L/min. As pressões nos bocais foram medidas por um transdutor conectado ao computador. As frequências de oscilação foram derivadas do gráfico de pressão. A comparação dos dispositivos foi feita por Anova com post hoc de Tukey, p≤0.05. Não houve diferença entre as frequências dos três dispositivos em todos os fluxos testados. O OOAF-BC apresentou pressão mais alta comparado ao Shaker em todos os fluxos testados (4 L/min: 4,7±1,2 vs. 1,0±0,2 cmH2O; 6 L/min: 8,6±1,5 vs. 3,5±0,5 cmH2O; 8 L/min: 10,8±1,6 vs. 5,4±0.2 cmH2O; 10 L/min: 13,5±1,2 vs. 7,7±0.4 cmH2O; 15 L/min: 14,3±1,1 vs. 7,8±0,2 cmH2O; OOAF-BC vs. Shaker; p≤0.05) e nos fluxos de 10 e 15 L/min comparado ao Flutter (10 L/min: 13,5±1,2 vs. 7,5±1,2 cmH2O; 15 L/min: 14,3±1,1 vs. 8,2±1,2 cmH2O; OOAF-BC vs. Flutter, p≤0.05). O custo do OOAF-BC foi pelo menos seis vezes menor. O OOAF-BC apresentou frequências similares e pressões mais altas que os outros OOAF comercialmente disponíveis. Estudos futuros são necessários para avaliar sua eficácia clínica.