Monitoraggio del battito cardiaco fetale [Progetto Completo]

Monitoraggio del battito cardiaco fetale


Quando una nuova vita sta per venire al mondo sono necessari tanti controlli e tanta attenzione, di monitoraggio ed assistenza, anche psicologica. Il rilevamento del battito cardiaco fetale è fondamentale durante il periodo di gravidanza sia a livello medico che di serenità materna. Purtroppo però i dispositivi più diffusi ed efficienti sono basati sull’Effetto Doppler dal quale potrebbero nascere alcune problematiche potenzialmente dannose per il futuro nascituro. Quello che vedremo oggi, e nelle prossime settimane, è un progetto completo open source rivolto alla realizzazione di un dispositivo in grado di svolgere la funzione basilare di Fetal Heart Monitor e di avere alcune caratteristiche innovative. E questo in modo assolutamente sicuro per la mamma ed il suo feto.

Oggigiorno i dispositivi utilizzati per rilevare il battito cardiaco del feto sono realizzati principalmente con la tecnologia che si basa sull’Effetto Doppler.

I cosiddetti “Fetal Heart Monitor” sono facilmente acquistabili online. Si tratta di dispositivi portatili, basati su un trasduttore ad ultrasuoni, che rilevano il battito fetale. L'uso dell'Effetto Doppler produce un suono udibile, grazie ad un apparato audio dedicato che "interpreta" il battito cardiaco. Alcuni modelli sono in grado di mostrare anche l'heart rate, cioè il numero di battiti al minuto. L'utilizzo di questo monitor è anche noto come Doppler auscultation.

Questo tipo di tecnologia, spiegata molto semplicemente, comporta la trasmissione di impulsi a ultrasuoni (2 o 3 MHz) verso la pancia della futura mamma ed il rilevamento della variazione di frequenza dalla quale si calcolano varie informazioni, tra cui il batitto cardiaco fetale.
Si, avete capito bene, il feto viene irradiato con una determinata frequenza!

Il problema

Il battito cardiaco è uno dei segni vitali basali più importanti non soltanto per gli adulti ma anche per i bambini. Lo stato di salute di un feto si misura soprattutto da questo. Attività, metabolismo, condizione di salute più in generale; tutto può essere controllato ed è importante farlo per garantire al nascituro la migliore delle assistenze possibili.

Inoltre esistono risvolti psicologici assolutamente non trascurabili della questione, infatti l’ascolto del battito cardiaco fetale solitamente tranquillizza la donna placando quell’ansia fisiologica che deriva dallo stato gestazionale.

La salute psicofisica e l'integrità della madre, soprattutto dal punto di vista dell'ansia, può giocare però un ruolo negativo che potrebbe andare ad incidere sulla salute del feto. Di fronte a questo rischio c'è da stare molto attenti. Si tratta di uno strumento medicale e come tale è necessario che ne venga fatto un uso estremamente responsabile.

Quindi se da una parte abbiamo gli effetti benefici di gioia e tranquillità generati dall’ascolto del battito del futuro neonato, dall’altra abbiamo un probabile utilizzo indiscriminato dell’apparato con effetti potenzialmente dannosi.

Il Doppler è pericoloso per il feto?

In passato abbiamo già affrontato il tema delle radiazioni non ionizzanti ed i pericoli per l’uomo da esse derivanti, nello specifico per il cervello, gli organi genitali e… le donne in gravidanza con il loro feto.

Nello studio fatto e nei successivi articoli pubblicati ci riferivamo alle frequenze dei telefonini, è bene sottolinearlo, quindi dell’ordine dei GHz. Nel caso specifico del Doppler, stiamo parlando invece di frequenze circa 1000 volte inferiori.

Però ci sono alcune considerazioni che devono necessariamente essere fatte:

  • siamo in un campo dove la comunità scientifica è divisa e l’OMS non prende una posizione netta;
  • il feto è molto più sensibile relativamente agli organi definiti come suscettibili alle radiazioni non ionizzanti;
  • andrebbero considerati attentamente intensità e durata dell’esposizione.

A questi ragionamenti devono essere aggiunti i limiti di sicurezza definiti per i Doppler Fetal Heart Monitor:

  • devono avere un’intensità massima di 10mW/cm²;
  • l’esposizione deve essere inferiore a 30 minuti;

E evidente quindi che “un uso limitato” del “fetal doppler” è quasi sicuramente innocuo, mentre per un uso indiscriminato, o comunque libero, non ci sono certezze.
Quanto sopra nasce da una deduzione personale che non vuole tralasciare il ragionevole dubbio in un campo dove qualsiasi leggerezza potrebbe essere pagata a caro prezzo.

Ma continuando con la ricerca di informazioni nel settore, attività necessaria prima di sviluppare qualsiasi progetto, ho scoperto che purtroppo le mie preoccupazioni sono confermate addirittura da alcuni studi scientifici.

La U.S. Food and Drug Administration ha rilasciato un documento dove dichiara che gli ultrasuoni del Doppler possono causare fenomeni di cavitazione dovuti agli effetti termici dell’irradiamento. La cosa è abbastanza preoccupante considerando che stiamo parlando dell’ambiente dove il feto si sviluppa e che dovrebbe essere mantenuto il più naturale e sano possibile.
Nel documento è anche espressamente dichiarato che tali dispositivi devono essere utilizzati solo dietro prescrizione medica.

Siamo evidentemente oltre un ragionevole dubbio!

A questo punto la domanda nasce spontanea: secondo voi una futura mamma che acquista un Fetal Doppler Monitor, quante volte lo utilizzerà per ascoltare il battito del feto e probabilmente placare la sua ansia?

La risposta è abbastanza semplice: lo userà di continuo!

Quindi un utilizzo limitato del dispositivo, in ambito ospedaliero, sotto controllo medico, con cadenza trimestrale o mensile è abbastanza sicuro, mentre un utilizzo libero, senza controllo potrebbe essere dannoso per quanto di più caro possiamo avere!

Come si può evitare tutto questo permettendo comunque alle mamme ansiose di tranquillizarsi ascoltando il battito?

Realizzando un dispositivo che rilevi il battito in modo passivo, senza nessun tipo di radiazione verso la futura mamma, quindi un dispositivo audio che NON uttilizzi l’effetto Doppler.

Realizzare l’Audio Fetal Heart Monitor, questa è la nostra sfida!

Il progetto

L’idea è quindi di realizzare un dispositivo in grado di filtrare ed amplificare il segnale proveniente dal feto. Tramite un microfono ed un opportuno condizionamento, il segnale dovrà giungere ad un convertitore analogico digitale.
Il relativo microcontrollore potrà quindi digitalizzare l’audio rilevato e trasmetterlo, tramite Bluetooth, ad uno smartphone dove un’apposita APP potrà trasmettere i dati su piattaforma cloud per un’eventuale analisi futura.
Il sistema dovrà anche essere dotato di una presa per cuffie al fine di garantire un ascolto locale e poi di una memoria per salvare intervalli di rilevamento audio.

La ricerca è stata fatta tra i microcontrollori basati su core ARM, quindi performanti e scalabili, con ADC ed altre periferiche interne (ovviamente), ma soprattuto con un ambiente di sviluppo user friendly e debug integrato. Infatti sia il time-to-market che i bassi costi di startup sono stati definiti come requisiti necessari.

Queste necessità ci hanno portato a scegliere la demoboard XMC2GO di casa Infineon che monta a bordo un microcontrollore ARM Cortex M0 (XMC1100) ricco di periferiche ed un controllore specifico per il debug professionale. Il tutto a poco più di 5 euro!

 

La possibilità di avere una memoria e quindi trasmettere i dati rilevati ad un medico che li possa interpretare correttamente rendono il dispositivo aperto ad applicazioni medicali che vanno oltre la pur importante tranquillità derivante dall’ascolto del battito fetale.

Vorrei sottolineare che tale dispositivo non deve sostituire i controlli periodici che il medico deciderà di effettuare, generando una falsa sicurezza, ma potrà essere utilizzato come supporto ad essi e solo se il medico stesso lo riterrà opportuno. Tali rilevazioni infatti dovranno essere interpretate da personale competente per avere una valenza medica.

Inoltre, sempre grazie alla possibilità di salvare i campioni audio, possiamo abilitare il Bluetooth soltanto quando siamo lontani dalla pancia della futura mamma. Stiamo lavorando per evitare l’esposizione da ultrasuoni e non vogliamo certo irradiare il feto con la frequenza del Bluetooth!

Per meglio comprendere il tutto, vediamo uno schema a blocchi che descrive il sistema nella sua interezza.

(lo schema a blocchi è stato realizzato su Gliffy)

 

Vi aspettiamo tra due settimane con la seconda parte di questo progetto, dove entreremo nel dettaglio dell’hardware, con schema elettrico e circuito stampato.

 

6 Comments

  1. Claudio.Rabiolo 30 agosto 2014
  2. CristianPadovano 2 luglio 2014
  3. dodo 2 luglio 2014
  4. Emiliano.Bianco 3 luglio 2014
  5. Boris L. 7 luglio 2014
  6. Emanuele 7 luglio 2014

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