Dispositivo indossabile per il monitoraggio continuo della frequenza respiratoria

Data di pubblicazione

29-09-2017

Codice

DEIB.17.057.A

Stato

Licenziato

Data di priorità

11-07-2017

Fase

Domanda di brevetto internazionale (PCT)

Titolare

Politecnico di Milano

Dipartimento

DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA, INFORMAZIONE E BIOINGEGNERIA

Autori

Andrea Aliverti, Ambra Cesareo

Descrizione

L’invenzione consiste in un dispositivo indossabile per il monitoraggio non invasivo e sul lungo periodo della frequenza respiratoria. Il sistema è basato su sensori inerziali IMU a 9 gradi di libertà (accelerometro, giroscopio, magnetometro) che permettono il controllo a distanza di parametri respiratori temporali fondamentali: può essere utilizzato, quindi, non solo in ospedale ma anche a casa o durante le normali attività giornaliere come un vero e proprio “holter” per il monitoraggio della respirazione. L’elemento di maggiore innovatività riguarda la modularità del sistema che include tre unità inerziali. Due delle unità sono posizionate su addome e torace per registrare i movimenti della parete toraco-addominale, la terza unità viene posizionata su una parte del tronco non soggetta a movimenti respiratori (es. coccige, settima vertebra cervicale, cresta iliaca superiore anteriore) e funge da riferimento per le altre due unità. Questo è particolarmente importante in condizioni semi-statiche (paziente su sedia a rotelle) e dinamiche (per esempio durante il cammino) per estrapolare le informazioni di movimento relative al solo respiro. I dati raccolti dalle unità vengono inviati wireless a un pc, smartphone o tablet che permette di gestire le acquisizioni (start/stop acquisizione, selezione della modalità di acquisizione, ecc.), di salvare i dati, elaborarli tramite un algoritmo appositamente implementato e visualizzarli anche da remoto, consentendo così al medico di monitorare il paziente anche a distanza. - ENGLISH - The invention consists in a non-invasive wearable device aimed at monitoring the respiratory rate (RR) over the long period even in dynamic conditions. The device is based on 9-DoF inertial sensors (accelerometers, gyroscopes and magnetometers) that allow patients’ respiratory checking at home and during daily activities. The system works as a “holter” for the respiration function. The main novelty is the modular solution of the system, which includes three units. Two of the three units are placed on the thorax and the abdomen respectively, while the third unit works as a reference unit, and must be placed on a part of the trunk that is not involved in the respiratory movements (e.g. coccyx, 7th cervical vertebra, anterior Superior Iliac spine). The data recorded from the thorax and the abdomen units are then referred to the reference unit, through an ad hoc implemented algorithm, to consider only movement information linked to the breaths. This is particularly important in semi-static (e.g. wheel-chair bound patients) and dynamic conditions (e.g. during walking). Data collected with the units are sent via wireless to a PC, a smartphone or a tablet that manage the acquisition process (start/stop acquisition, selection of the acquisition mode, etc.), save and visualize data.

Campo di applicazione

L’invenzione può interessare aziende del settore biomedicale che si occupano del monitoraggio dei parametri vitali, e del tele-monitoraggio a domicilio. - ENGLISH - This device can be of interest for companies in the biomedical field, dealing with the monitoring of vital parameters or tele-monitoring.

Vantaggi

I dispositivi allo stato dell’arte, che stimano la frequenza respiratoria mediante un singolo accelerometro o sistemi via via più complessi (IMU e MARG), soffrono di una limitazione: l’impossibilità di utilizzo in condizioni di movimento del soggetto analizzato. Il sistema proposto, invece, sfruttando la presenza di un’unità di riferimento che viene posta in una zona del corpo non soggetta al movimento respiratorio, risolve il problema legato all’uso del dispositivo in situazioni dinamiche. Infatti, le unità inerziali posizionate su torace e addome rileveranno un movimento composto da una componente respiratoria e da una componente extra-respiratoria (es. cammino). Per considerare unicamente la componente respiratoria, i dati registrati dalle unità di torace e addome vengono depurate dalle altre componenti di movimento tramite un algoritmo di filtraggio sviluppato ad hoc per questa applicazione. Inoltre, la presenza di due unità inerziali che registrano lo spostamento di addome e torace tengono conto della natura complessa della parete toraco-addominale che può essere modellizzata utilizzando almeno due gradi di libertà. - ENGLISH - The proposed system overcomes the limitations of the devices that estimate the respiratory rate by using a single accelerometer or more complex systems (IMU and MARG systems), that are not suitable for dynamic conditions due to motion artifacts, and are therefore unable to ensure a continuous monitoring of the RR. The reference unit introduced by this new configuration and placed on a body area integral with the trunk but non-subjected to respiratory movements solves the problem linked to the use of the device during movement. Moreover, the use of two units on the trunk that records respiratory movements linked to both chest and abdomen activity, takes account of the properties of the chest-wall motion, based on two-degree of-freedom model.

Stadio di sviluppo

Prototipo funzionante validato in condizioni statiche e dinamiche su soggetti sani. - ENGLISH - Working prototype tested in static and dynamic conditions on healthy subjects.

Contatto

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