Linea di Ricerca 1 - Fondazione Don Carlo Gnocchi

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Sviluppo e integrazione di sensori avanzati per la domotica sanitaria, l’home care e la telemedicina Responsabile: Di Rienzo Marco INTRODUZIONE In questo progetto si includono le attività svolte dal Laboratorio dei Sensori Indossabili e Telemedicina (WeST Lab). Sviluppo di metodologie per il telemonitoraggio domiciliare Nel 2007 è partita una collaborazione, siglata con un accordo formale, tra FDG e il consorzio del progetto europeo HEART- FAID (A knowledge based platform of services for supporting medical and clinical management of the heart failure within the elderly population, FP6 – STREP – 01/02/2006 – 31/12/2009). Nell’ambito di tale collaborazione la maglietta MagIC è stata utilizzata dal consorzio come strumento per la rilevazione in tempo reale dei parametri vitali al domicilio di pazienti affetti da scompenso cardiaco. A tal fine si è quindi messa a punto una architettura hardware (basata su TouchScreen PC e chiavetta USB-UMTS) che ha permesso la raccolta semplificata dei dati provenienti dalla maglietta (ECG e respiro) e la trasmissione automatica dei dati dalla casa del paziente direttamente ai caregiver (in questo caso 3 cardiologi partecipanti al progetto) attraverso email. Dopo una estesa validazione in laboratorio, il sistema è stato utilizzato sul campo per monitorare 3 soggetti anziani (63, 72 e 82 anni) con scompenso cardiaco presso il loro domicilio. A ciascun soggetto è stato chiesto di effettuare una sessione di telemonitoraggio per 3 minuti ogni giorno per un mese. Prima di ogni sessione il paziente indossava la maglietta e accendeva il TouchScreen PC che automaticamente raccoglieva i dati dalla maglietta, preparava l’email e la inviava ai cardiologi, attraverso il collegamento UMTS. Tutti i pazienti hanno seguito correttamente il protocollo. In questa sperimentazione pilota, il sistema ha permesso una corretta trasmissione dei dati in 85 sessioni sulle 90 effettuate (94%) mentre in 5 casi è stato necessario ripetere la sessione a causa di una congestione nel traffico telefonico. Al termine del periodo di sperimentazione è stata fatta un’intervista ai pazienti per raccogliere i loro commenti. I soggetti hanno trovato la maglietta confortevole e il protocollo facile da seguire, anche negli aspetti di interazione con il PC. Inoltre ci Linea di Ricerca 1 hanno segnalato che attraverso questo sistema si sentivano costantemente accuditi, chiedendoci di poter proseguire con il monitoraggio. In un paziente abbiamo quindi proseguito il monitoraggio per ulteriori 20 giorni. I cardiologi che ricevevano i dati hanno trovato la qualità del segnale ECG buona in 87 sessioni e il sistema di trasmissione via email appropriato per una valutazione delle informazioni provenienti dal paziente. Integrazione di MagIC con sensori ambientali Inoltre, le attività in questo settore si sono focalizzate sulla integrazione della maglietta MagIC all’interno della casa domotica DAT, realizzata all’interno del centro di S. Maria Nascente, e sullo sviluppo di procedure software in grado di analizzare le informazioni raccolte dalla maglietta all’interno del DAT, estrarne i parametri essenziali e convogliare i dati verso un server esterno. Quest’ultimo, integrando le informazioni provenienti da MagIC con quelle provenienti da altri sensori contenuti nella casa domotica, sarà in grado di attivare una serie di allarmi in caso di necessità. Queste attività sono svolte in sinergia con il progetto ACube. Studio di fattibilità per un servizio di teleriabilitazione Infine, in collaborazione con la sede FDG di Roma, si è studiata la fattibilità di un servizio di teleriabilitazione respiratoria domiciliare basata sul sistema MagIC. Questo studio è stato oggetto di una tesi di laurea in Scienze della Riabilitazione. A una prima fase di analisi dei requisiti clinici e tecnologici necessari per l’attivazione del servizio, è seguita la fase di progettazione vera e propria conclusa con una valutazione sperimentale dell’architettura proposta. Quest’ultima è stata in particolare realizzata simulando presso i nostri laboratori sessioni reali di riabilitazione, in cui l’operatore e il “paziente” che indossava la maglietta erano in locali differenti e collegati tra loro con un sistema di videocomunicazione bidirezionale operante attraverso un collegamento telefonico ADSL tradizionale. Con l’architettura proposta l’operatore può vedere su uno schermo sia il paziente che i suoi parametri vitali provenienti in tempo reale dalla maglietta e può quindi assegnare il piano degli esercizi, controllarne la correttezza d’esecuzione, ed eventualmente modularne il carico in modo che i parametri biologici rimangano sempre nei Ricerca corrente 85
Ricerca corrente 86 Linea di Ricerca 1 limiti di sicurezza. La prova effettuata ha fornito una prima indicazione positiva sulla adeguatezza della metodologia proposta sia in termini tecnologici (di velocità del collegamento, di qualità dei segnali biologici trasferiti e di qualità dei canali audio video) che di rispondenza alle esigenze dell’operatore che deve somministrare in remoto gli esercizi al paziente. PRODOTTI SCIENTIFICI – Di Rienzo M, Meriggi P, Rizzo F, Castiglioni P, Lombardi C, Ferratini M, Parati G. Textile technology for the vital signs monitoring in telemedicine and extreme environments. IEEE Trans on Information Technology in BioMedicine. 14(3):711-717, 2010. Abstract e Atti di congresso: – Meriggi P, Rizzo F, Faini A, Chiarugi F, Karatzanis I, Zacharioudakis G, Valentini M, Parati G, Castiglioni P, Di Rienzo M. A New Simple Multimodal Platform for Home Monitoring of Cardiac Patients through Textile Technology. Proc. Computers in Cardiology 2009. pp. 93-96. IEEE Press. – Sciacqua A, Valentini M, Gualtieri A, Perticone F, Faini A, Zacharioudakis G, Karatzanis I, Chiarugi F, Assimakopoulou C, Meriggi P, Di Rienzo M, Parati G. Validation of a Flexible and Innovative Platform for the Home Monitoring of Heart Failure Patients: Preliminary Results. Proc. Computers in Cardiology 2009. pp. 97-100. IEEE Press. Altri documenti: – Meriggi P, Castiglioni P, Di Rienzo M. Algorithms for the analysis of data from the accelerometer. 2010, Deliverable 2.4.3, progetto ACube. – Castiglioni P, Meriggi P, Rizzo F, Carabalona R, Di Rienzo M. Algorithms for the analysis of cardio-respiratory signals. 2010, Deliverable 2.4.2, progetto ACube. – Di Curzio D. Progetto di un servizio di teleriabilitazione respiratoria domiciliare. Tesi di Laurea Specialistica. Scienze della Riabilitazione, Facoltà di Medicina, Università di Tor Vergata, Roma, aprile 2010. Sviluppo e validazione di sistemi per la rilevazione e analisi di segnali biologici attraverso sensori indossabili Responsabile: Ing. Marco Di Rienzo INTRODUZIONE Queste attività sono state svolte dal Laboratorio dei Sensori Indossabili e Telemedicina (WeST Lab) con la collaborazione del Laboratorio di Ricerche Cardiovascolari (LaRC) e il Laboratorio di Tecniche Avanzate di Analisi e Trattamento dei Biosegnali del Polo Tecnologico. Le attività si sono principalmente focalizzate su quattro obiettivi: 1) sviluppare soluzioni tecnologiche migliorative del sistema MagIC a supporto della sua imminente industrializzazione, 2) valutare le prestazioni di MagIC in condizioni ambientali estreme, 3) sviluppare procedure per l’estrazione dal segnale accelerometrico registrato da MagIC del sismocardiogramma (rappresentazione delle microvibrazioni prodotte dall’attività meccanica del cuore durante la contrazione e dall’eiezione del sangue nel letto vascolare) e 4) realizzare un sistema tessile per il monitoraggio dei segni vitali nei neonati. Sviluppo di soluzioni tecnologiche migliorative del sistema MagIC a supporto della sua industrializzazione Per quanto riguarda la parte tessile della maglietta, si è proceduto al ridisegno della struttura degli elettrodi tessili e del sistema di connessione tra maglietta ed elettronica. In particolare, si sono riprogettati gli elettrodi in termini di fibre tessili utilizzate, modalità di tessitura, geometria e posizionamento al fine di migliorare la qualità del segnale e ridurre costi e tempi di produzione. Inoltre si sono riprogettate le modalità di connessione tra maglietta ed elettronica in modo da rendere il collegamento più robusto e permetterne una produzione a livello industriale. Anche la parte elettronica è stata ridisegnata in modo da migliorare la qualità dei segnali, aumentare la potenza di calcolo e aumentare l’autonomia della batteria. È stato inoltre sviluppato un nuovo algoritmo di filtraggio digitale, basato su una batteria di filtri FIR a media mobile, che permette una migliore reiezione degli artefatti da movimento e garantisce una migliore stabilità della linea di base del segnale elettrocardiografico.
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