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Tesi etd-11182010-172912
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Tipo di tesi Tesi di laurea specialistica
Autore GRECO, ALBERTO
URN etd-11182010-172912
Titolo Progettazione e sviluppo di un sistema indossabile per l'acquisizione e l'analisi della risposta elettrodermica
Settore scientifico disciplinare INGEGNERIA, FACOLTA'
Corso di studi INGEGNERIA BIOMEDICA
Commissione
Nome Commissario Qualifica
Enzo Pasquale Scilingo relatore
Roberto Roncella relatore
Parole chiave
  • microcontrollore
  • SCR
  • EDR
  • sistema indossabile
Data inizio appello 2010-12-07
Disponibilità mixed
Data di rilascio2050-12-07
Riassunto analitico
Tra i segnali fisiologici comunemente studiati ed utilizzati nel campo biomedico ve ne è uno di particolare interesse, per le possibili e potenziali implicazioni psicometriche ad esso associate, comunemente noto in letteratura come Risposta Elettrodermica (EDR) o Skin Conductance Response (SCR). Questo segnale, rilevabile con opportuni sensori posti sul palmo o sulle dita delle mani, si origina dalla variazione di ammettenza cutanea, legata alla quantità di sudore prodotto dalle ghiandole sudoripare. Poiché la sudorazione cutanea rappresenta un indicatore attendibile di possibili stati di stress mentale ed emozionale del soggetto in esame, la registrazione della risposta elettrodermica viene utilizzata per monitorare eventuali risposte e reazioni psicologiche, indotte o spontanee, negli individui.
Da un punto di vista fisiologico, la conduttanza cutanea si trova sotto il diretto controllo del sistema nervoso autonomo (SNA) ed, in particolare, della sua componente simpatica (SNS).
Questo implica che la risposta elettrodermica è un indice diretto dell’attivazione del SNS e che le informazioni che si ricavano dalla sua analisi sono direttamente riferibili all’attività del sistema nervoso simpatico.
La relativa semplicità del rilevamento del segnale e la presenza nel suo tracciato di caratteristiche qualitative immediatamente riconducibili agli stimoli hanno reso l’SCR un segnale ampiamente utilizzato in un’ampia varietà di studi e di condizioni sperimentali.

La risposta elettrodermica, è una misura esosomatica delle variazioni di conduttanza della pelle. La misura avviene applicando un segnale esterno di tensione e rilevando le variazione di corrente. Un’approfondita ricerca in letteratura ha però documentato la mancanza di un protocollo ottimale condiviso per potere effettuare le misure di conduttanza della pelle. In particolare resta una questione aperta la tipologia della stimolazione da adottare.
Sulla base d’una prima analisi, le misure con una stimolazione in tensione alternata potevano considerarsi migliori, perché in grado di risolvere le problematiche introdotte da una tensione continua a contatto della pelle, ma le dimostrazioni delle ipotesi presentate nei diversi documenti analizzati sono risultate insufficienti e prive di un adeguato riscontro sperimentale. In particolare non era chiaro il vantaggio della scelta di una determinata frequenza di stimolazione rispetto ad un’altra.

Nel presente lavoro di tesi si è quindi posta attenzione alla progettazione e realizzazione di un dispositivo indossabile per la misura della risposta elettrodermica che fosse il più possibile general pourpose, così da permettere la rilevazione del segnale conseguente a una stimolazione con ampiezza e frequenza variabile in un range compreso tra 0.1 Hz e 1 KHz, con in più la possibilità di effettuare anche una misura a tensione costante.
Per l’acquisizione del segnale EDR si è progettato e realizzato un circuito che prevede una misura a quattro punte eseguita sulle falangi distali del dito indice e medio della mano non dominante, grazie all’utilizzo di un guanto sul quale sono applicati degli elettrodi tessili. Il segnale prelevato è amplificato tramite un semplice amplificatore non invertente, che fornisce un segnale di tensione direttamente proporzionale all’ammettenza cutanea oggetto di misura. La periferica di conversione analogico-digitale del microcontrollore MSP430F169 della TEXAS INSTRUMENT® permette, appunto, la conversione in digitale del segnale, che subisce un primo filtraggio da parte del microcontrollore, e in seguito l’invio, attraverso la porta USART del micro, al personal computer dedicato. Il dispositivo, come modalità di invio dei dati, permette sia l’utilizzo di un protocollo wireless zeegbee sia un collegamento via cavo attraverso un protocollo RS232.
Sul PC, attraverso l’uso del programma LabVIEW® 8.5, è stato implementato un software che funge da interfaccia con l’utente, acquisisce i dati, esegue un filtraggio, calcola l’inviluppo del segnale sinusoidale, così da fornire in uscita le variazioni di ampiezza connesse alle variazioni di ammettenza cutanea, e infine salva i dati in un file di testo adeguato per le successive operazioni di signal post-precessing. Utilizzando il software MATLAB® è stato infine creato un programma in grado di scindere il segnale nelle sue due componenti tonica e fasica e di eseguire un’estrazione delle features utili ad analizzare il segnale.

Una volta realizzato il dispositivo, ne è stato testato il funzionamento attraverso una prova sperimentale, con l’ulteriore scopo di tentare di stabilire sulla base dei risultati se ci fosse la possibilità di individuare la frequenza di funzionamento ottimale.
L’esperimento prevedeva di sottoporre ad un campione di soggetti eterogeneo per età e sesso una serie di stimoli rappresentati da variazioni nell’attività respiratoria e da immagini. In particolare, come immagini, è stata utilizzata una collezione di fotografie di persone, animali, natura, oggetti, eventi e scene delle varie realtà che possono circondare un soggetto, scelte tra le oltre centinaia dell’International Affective Picture System (IAPS).
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