ETD

Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

Tesi etd-04082013-103831


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
TAMBELLINI, GERRY
URN
etd-04082013-103831
Titolo
Studio, progettazione e sviluppo di un bioimpedenzimetro indossabile
Dipartimento
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Corso di studi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Relatori
relatore Prof. Scilingo, Enzo Pasquale
relatore Dott.ssa Paradiso, Rita
relatore Dott. Lanatà, Antonio
Parole chiave
  • Phase shifter demodulation
  • BMI
  • Bioimpedenza
  • BIA
  • wearable
Data inizio appello
23/04/2013
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
23/04/2053
Riassunto
Negli ultimi anni si è assistito ad una vera e propria rivoluzione dal punto di vista tecnologico nelle metodiche di monitoraggio e trasferimento dati. Basti pensare all’avvento delle nuove tecniche di rilevazione dei parametri fisiologici, grazie alle quali è oggi possibile eseguire analisi in tempi molto brevi, estraendo da questi molti dati. Con lo stesso incremento patologie come obesità, diabete, malattie endocrine e cardiovascolari aumentano nella popolazione, risultando sempre più tra le principali cause di morte nei paesi industrializzati. Il minimo comune denominatore di queste patologie è la variazione anomala della composizione corporea che si riversa sul funzionamento dei diversi organi corporei. E' perciò importante monitorare costantemente e prontamente le variazioni dei fluidi corporei controllando lo stato patologico del paziente in termini di composizione corporea per intervenire nella cura degli individui; tale studio è inoltre un utile supporto a protocolli di cura come la dialisi o per la fase di follow-up seguente l'asportazione di tumore del seno. Il vantaggio di questo studio è riscontrabile anche in termini economici, basti pensare che la stima della spesa sanitaria per la malattie dell'obesità negli USA un decennio fa, era già 78,5 miliardi di dollari, pari al 9,1% di tutte le spese mediche del paese. Queste problematiche portano un interesse crescente per tutti i mezzi che apportino un miglioramento della QALY (Quality Adjusted Life Years) e ad un contenimento delle spese sanitarie. La tecnologia ha perciò incontrato tali esigenze spingendosi sempre più verso il mercato wearable e sviluppando sistemi integrati per il controllo del maggior numero di parametri fisiologici.

Questo lavoro di tesi si inserisce perfettamente in questo contesto, ponendosi gli obbiettivi di studiare, progettare e sviluppare un bioimpedenzimetro indossabile in grado di rilevare le variazioni di fluidi nei diversi distretti; a sostegno del risultato è stata stretta una collaborazione con i laboratori dell'azienda Spin-off “Smartex” del Polo Tecnologico di Navacchio e con il “Dipartimento di Endocrinologia” dell'Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana, dove è attivo il Centro Obesità in cui verranno effettuati i test per l'utilizzo dello strumento su soggetti patologici.

Questo lavoro di tesi è stato suddiviso in quattro parti:

1. Studio di un sistema per la misura impedenziometrica;

2. Progettazione del sistema analogico e interfacciamento con un microcontrollore per la registrazione e la trasmissione dati ad un Pc;

3. Validazione dello strumento per componenti passivi con valori appartenenti al range fisiologico e test su un campione di individui sani;

4. Caratterizzazione dello strumento tramite i suoi dati tecnici.

Il sistema sviluppato utilizza due sorgenti di tensione alternata ed una circuiteria che sfrutta una tensione costante ai capi del corpo umano mediante due elettrodi ai quali è collegato. Tale dispositivo, mediante tecnica PSD (Phase Sensitive Demodulation), disaccoppia l'informazione di resistenza e capacità che formano l'impedenza corporea potendo così distinguere il contributo di massa magra da quello di massa grassa. Tale sistema ha una doppia funzionalità: da un lato permette la rilevazione dei parametri fisiologici con un dispositivo di basso costo, preciso e robusto, dall’altro consente la misurazione mediante tecnologia portabile, integrandosi perfettamente con la filosofia wearable che distingue già numerosi dispositivi elettromedicali a cui può affiancarsi per rilevare parametri fisiologici di interesse clinico. Questo dispositivo può altresì funzionare da solo date le condizioni critiche che contraddistinguono soggetti con patologie quali obesità o malnutrizione.

I risultati emersi dalle prove al banco hanno mostrato una correlazione molto forte tra i dati estratti dallo strumento nel range fisiologico e quelli reali dei componenti, supportato dai risultati del modello di regressione lineare utilizzato dal dispositivo. Le prove effettuate sono state seguite da uno studio pilota su soggetti sani da cui sono stati estratti i parametri di BF% (Body Fat Percentage), resistenza R e reattanza corporea Xc relazionabili mediante il Phase Angle, cioè l'angolo che descrive l'impedenza complessiva nel grafico cartesiano R-Xc; tale angolo è in relazione all'integrità delle cellule corporee e perciò è stato confrontato con i valori della letteratura per individui sani, a sostegno della validità dello strumento; nell'avanzamento tali prove saranno ampliate mediante test al Centro Obesità. E' stato inoltre caratterizzato lo strumento mediante i parametri di targa.In un'ottica futura, grazie alla portabilità evidenziata e al basso costo può inoltre essere utilizzato in paesi sottosviluppati dove le spese per un'adeguata strumentazione medica sono ridotte. Un necessario sviluppo riguarderà la raccolta di un set di dati su soggetti umani ampio e differenziato nelle caratteristiche fisiologiche e per età e sesso degli individui mentre a livello hardware può incontrare migliorie nella tecnologia con cui il dispositivo è collegato; montando infatti sulla PCB (Printed Circuit Board) un modulo come lo XBee, è possibile interfacciare tale strumento ad un dispositivo smartphone che ne memorizzi i dati presentandoli all'utente in un'interfaccia dedicata. I dati potranno perciò essere inviati tramite telefono con collegamento wi-fi ad un computer remoto dove il medico potrà monitorare lo stato e le variazioni parametriche del paziente. Il prototipo sviluppato in questo lavoro di tesi, anche se non ancora ottimizzato, può essere già utilizzato sia come strumento per analisi mediche sia come supporto all’ingegnerizzazione dei dispositi wearable per pazienti dializzati che necessitano di un monitoraggio costante.
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