Lo scopo del presente progetto di ricerca è lo studio e la realizzazione di tre sistemi per la misura dell'impedenza corporea. I tre sistemi saranno confrontati in termini di sensibilità e accuratezza e sarà scelto quello più idoneo alla particolare applicazione. Questi sistemi, infatti, trovano ampio utilizzo nel monitoraggio dell'attività cardio-respiratoria, nello studio della massa magra e della massa grassa corporea, del sistema vascolare e della ricostruzione ossea. L'aspetto più innovativo del presente progetto è la realizzazione di impedenziometri leggeri e portatili eventualmente dotati di un'interfaccia wireless per la trasmissione del dato acquisito.
In particolare, saranno realizzati i seguenti impedenziometri con elettrodi in configurazione tetra-polare:
a) Un sistema virtuale basato su LabVIEW che impiega una circuito stampato analogico e una scheda di acquisizione dati (DAQ) collegata a un PC.
b) Un sistema nel quale la scheda DAQ e l'elaborazione dei dati sono implementati tramite un processore di segnali digitali (DSP).
c) Un sistema nel quale la generazione del segnale è effettuata con un sintetizzatore digitale (DDS), la rilevazione con un comparatore di fase e l'acquisizione ed elaborazione con un microcontrollore.
I vari sistemi saranno realizzati e caratterizzati metrologicamente in termini di sensibilità, incertezza di misura ed effetti sistematici.
I sistemi realizzati saranno poi testati sfruttando delle collaborazioni attivate con ospedali e cliniche. Particolarmente attinente alle tematiche del progetto è anche la collaborazione attivata con la startup "Sorella TV". In questo contesto il sistema impedenziometrico proposto potrebbe essere utilizzato come sensore di parametri fisiologici da trasferire tramite il servizio "Sorella TV" ad un centro di ascolto con medici in grado di interagire con il paziente domiciliare.
Le tecniche impedenziometriche sono attualmente utilizzate nei monitor multi-parametrici, utilizzati tipicamente nelle unità di terapia intensiva, per fornire informazioni utili sull'attività respiratoria e in strumenti sviluppati in modo specifico per eseguire diagnosi sul sistema vascolare periferico. Sono stati inoltre realizzati strumenti dedicati, per studiare la composizione e la risposta in frequenza dell'impedenza elettrica del corpo.
Tutti gli strumenti citati sono usualmente alimentati dalla rete elettrica e sono poco trasportabili e, senz'altro, non idossabili. Scopo del presente progetto è quello di realizzare un sistema impedenziometrico multifrequenza alimentato a batterie, portatile, leggero e potenzialmente idossabile nel caso di esigenze di monitoraggio continuativo senza impedimenti alla mobilità del paziente. Tale soluzione sarebbe di grande interesse in quanto, a conoscenza dei proponenti, non esistono sistemi portatili e a basso costo disponibili sul mercato in grado di studiare la bioimpedenza sia nel dominio del tempo che della frequenza.
In particolare, con riferimento ai sistemi basati su DSP e a quelli basati su DDS, comparatore di fase e microcontrollore, si potrebbero realizzare dei sistemi di misura indossabili che, con l'aggiunta di un collegamento wireless, potrebbero consentire un monitoraggio continuativo dei parametri di interesse.
In particolare, gli apparati realizzati potranno essere utilizzati anche per il monitoraggio dell'attività cardiaca. Infatti, la tecnica impedenziometrica tetrapolare è in grado di rilevare le piccole variazioni di impedenza associate all'attività cardiaca [1]. Particolarmente interessante e innovativa è anche la misura dell'impedenza tra due punti della gamba che può essere utilizzata per monitorare nel tempo l'evoluzione dei trombi venosi [2]. Infine, la spettroscopia di impedenza, oltre che nelle tradizionali applicazioni per la valutazione della massa magra e massa grassa corporea, sarà utilizzata per il monitoraggio nel tempo di fratture ossee al fine di valutare lo stato di ricomposizione della frattura stessa.
Con riferimento al monitoraggio delle trombosi degli arti inferiori è già in corso una collaborazione tra i proponenti del progetto ed il Prof. Sergio Pillon del Dipartimento Cardiovascolare dell'Ospedale S. Camillo-Forlanini e il Dott. Luca Cecchini, Presidente della Start-up innovativa a vocazione sociale "Sorella TV". Le attività di questa collaborazione prevedono di condurre una serie di misure impedenziometriche su pazienti affetti da trombosi degli arti inferiori durante l'evoluzione della malattia
Con riferimento al monitoraggio delle fratture ossee è in corso una collaborazione con il "Salvator Mundi International Hospital" dove la tecnica impedenziometrica sarà sviluppata per il monitoraggio dell'evoluzione di fratture ossee trattate con campi magnetici variabili molto deboli e di frequenza molto bassa.
[1] E. Piuzzi, S. Pisa, E. Pittella, L. Podestà, S. Sangiovanni, "Comparison Among Low-Cost Portable Systems for Thoracic Impedance Plethysmography", Proc. I2MTC Torino, May 22-25 2017, pp. 546-551.
[2] E. Pittella, S. Pisa, E. Piuzzi, E. Rizzuto, Z. Del Prete, "Combined Impedance Plethysmography and Spectroscopy for the Diagnosis of Diseases of Peripheral Vascular System," Proc. International Symposium on Medical Measurements and Applications, Rochester MN USA, May 7-10, 2017, pp. 367-372.