Progetto di un sistema di monitoraggio IoT della frequenza cardiaca e della temperatura corporea – Parte 1

Un sistema di monitoraggio della frequenza cardiaca e della temperatura corporea sviluppato utilizzando la tecnologia IoT ha l'obiettivo di rilevare la frequenza del battito del cuore e la temperatura del paziente al fine di monitorare il potenziale rischio di infarto mediante il controllo periodico. Il monitoraggio della salute del corpo è molto importante per assicurarci che la nostra salute sia nella condizione eccellente. Uno dei parametri vitali da tenere sotto controllo è la frequenza cardiaca. In questo articolo viene presentata la prima parte del progetto di un sistema IoT a basso costo di monitoraggio della frequenza cardiaca e della temperatura corporea mediante l’utilizzo di un sensore di temperatura e di un sensore di impulsi cardiaci indossabile applicato sulla punta di un dito. Sistemi di questo tipo sono utilizzati in applicazioni di telemedicina. I dati rilevati dal dispositivo di monitoraggio della frequenza cardiaca possono essere salvati e visualizzati per un ulteriore utilizzo medico anche da remoto mediante l’impiego della piattaforma ThingSpeak. In questa prima parte descriveremo il progetto e le varie tecniche e metodi di monitoraggio della frequenza cardiaca scaturiti dai risultati della ricerca.

Introduzione

Il cuore è uno degli organi più importanti del corpo umano. Agisce come una pompa per la circolazione dell'ossigeno e del sangue in tutto il corpo, mantenendo così intatta la funzionalità del corpo. Un battito cardiaco può essere definito come un'azione di pompaggio che si verifica per quasi un secondo a causa della contrazione del cuore. Quando il sangue si raccoglie nelle camere superiori, il nodo sino-atriale invia un segnale elettrico che a sua volta provoca la contrazione degli atri. Questa contrazione spinge quindi il sangue attraverso la tricuspide e la valvola mitrale; questa fase del sistema di pompaggio è chiamata “diastole”. La fase successiva inizia quando i ventricoli sono completamente pieni di sangue. I segnali elettrici generati dal nodo sino-atriale raggiungono il ventricolo e ne provocano la contrazione (Figura 1).

Figura 1: Anatomia semplificata del cuore umano

Nello scenario odierno, i problemi di salute legati al cuore sono molto comuni. Le malattie cardiache sono una delle più importanti cause di morte tra uomini e donne. La frequenza cardiaca è un parametro critico nel funzionamento del cuore. Pertanto, il monitoraggio della frequenza cardiaca è fondamentale nello studio delle prestazioni cardiache e quindi nel mantenimento della salute del cuore. Questo progetto propone un sistema di rilevamento e monitoraggio della frequenza cardiaca tramite tecnologie IoT. Al giorno d'oggi, il trattamento della maggior parte delle malattie cardiache richiede un monitoraggio continuo ed a lungo termine. La tecnologia IoT è molto utile in questo compito in quanto sostituisce i sistemi di monitoraggio convenzionali con un altro sistema moderno ed efficiente fornendo informazioni critiche sulla condizione del paziente, accessibili dal medico anche da remoto. Inoltre, gli infermieri o il medico in servizio presso l'ospedale possono monitorare la frequenza cardiaca del paziente in tempo reale.

La tecnica FotoPletismoGrafia

La FotoPletismoGrafia (o PPG) è una tecnica ottica a basso costo in grado di rilevare variazioni volumetriche nel sangue che scorre attraverso i capillari superficiali della pelle. La fotopletismografia è stata sviluppata alla fine dell’800, quando gli scienziati hanno osservato il flusso sanguigno in tempo reale usando la luce emessa da lampadine. Fu alla fine del 1930 che il termine "fotopletismografia" fu coniato dagli scienziati. Insieme al progresso tecnologico, gli sviluppi della PPG ora si concentrano sulle applicazioni consumer che utilizzano dispositivi indossabili. Questi dispositivi indossabili sono solitamente collegati a un dispositivo periferico per interpretare i risultati ottenuti. Attualmente, questi dispositivi periferici sono stati sostituiti da smartphone per fornire dati ai consumatori da consultare in modo agevole. L'interfaccia con gli smartphone avviene tramite la tecnologia wireless Bluetooth. Il Bluetooth è una tecnologia di comunicazione wireless a basso consumo energetico che consente agli utenti di connettersi, trasferire e ricevere dati via radio tra due dispositivi compatibili. La fotopletismografia è una derivata della tecnica della pletismografia, in cui una semplice configurazione ottica può aiutare a rilevare le variazioni di volume nella circolazione sanguigna periferica. Questa tecnica è un metodo non invasivo poiché rileva le misurazioni sulla superficie della pelle. La tecnologia utilizza componenti optoelettronici, ossia una sorgente di luce rossa o nel vicino infrarosso, per illuminare la pelle, e un foto-rilevatore per rilevare le variazioni di intensità della luce all'interno dell'area di misurazione. Di solito, viene utilizzata proprio una sorgente di luce di lunghezza d’onda prossima all'infrarosso per illuminare la pelle. La luce utilizzata per illuminare la pelle viaggia attraverso i tessuti e viene assorbita da pigmenti, ossa e sangue. I sensori PPG misurano otticamente i cambiamenti nel volume del flusso sanguigno rilevando i cambiamenti dell'intensità della luce.

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