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PROGRAMMA DI RICERCA
italiano - english
Unità di Ricerca
- Università degli Studi di FIRENZE
ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI
FIRENZE(FI) - Università di PISA
MEDICINA INTERNA
PISA(PI) - Università degli Studi "Mediterranea" di REGGIO CALABRIA
INFORMATICA, MATEMATICA, ELETTRONICA E TRASPORTI
REGGIO CALABRIA(RC) - Università degli Studi di FIRENZE
AREA CRITICA MEDICO-CHIRURGICA
FIRENZE(FI)
Programmi di ricerca simili:
- 1 - Sviluppo di metodi innovativi per la misura di grandezze meccaniche nella ottimizzazione della riabilitazione del movimento
- 2 - Linee guida per la sorveglianza e la gestione delle strutture e infrastrutture storiche con il supporto di tecniche innovative per il monitoraggio strumentale.
- 3 - Progettazione, caratterizzazione ed applicazioni analitiche di sensori elettrochimici innovativi
- 4 - Elaborazione di segnali cifrati per la tutela della privacy nel trattamento di informazioni sensibili
- 5 - FREE SURF: FREE SUrveillance in a pRivacy-respectFul way
- 6 - APPARECCHIATURE E METODI AD ULTRASUONI PER CARATTERIZZARE I TESSUTI BIOLOGICI MOLLI
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- 8 - UN NUOVO ECOGRAFO CHE IMPIEGA UN METODO ORIGINALE PER RILEVARE LE PATOLOGIE NEI TESSUTI BIOLOGICI MOLLI
- 9 - Sistemi mini-robotici per applicazioni tecnologiche avanzate
- 10 - Progetto di un Radar Ultra Wide Band Portatile a Singolo Chip
Classificazione scientifico-disciplinare
- Area scientifico disciplinare: Scienze mediche
- Area scientifico disciplinare: Ingegneria industriale e dell'informazione
Classificazione brevettuale
- HUMAN NECESSITIES
- MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION (analysing biological material G01N, e.g. G01N33/48; obtaining records using waves other than optical waves, in general G03B42/00)
- MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- PHYSICS
- MEASURING (counting G06M); TESTING
- RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES [N: (for special applications, see the relevant subclasses, e.g. A61B, G01F, G01N, G02B; measuring dimensions or angles of objects G01B; navigation in general G01C; measuring infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations in general G01H; measuring infra-red, visible, or ultra-violet radiation in general G01J; transducers per se, see the relevant subclasses, e.g. G01L, H01L, H04R; measuring direction or velocity of flowing fluids by reception or emission of radiowaves or other waves and based on propagation effects caused in the fluid itself G01P; measuring electric or magnetic variables in general G01R]; (detecting masses or objects by methods not involving reflection or radiation of radio, acoustic or other waves G01V; [N: time-interval measuring G04F]; aerials H01Q) [C9504]
- SIGNALLING (indicating or display devices per se G09F; transmission of pictures H04N) [C9504]
- SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS (signalling arrangements on vehicles B60Q, B62D41/00; railway signalling systems or devices B61L; on cycles B62J3/00, B62J6/00; safes or strong-rooms with alarm devices E05G; signalling or alarm devices in mines E21F17/18; lamps or shutters therefor F21; sensitive measuring elements, see the appropriate subclasses of G01; traffic control systems G08G; visual indicating means G09; sound-producing devices G10; radio or near-field calling systems H04B5/00, H04B7/00; selecting arrangements H04Q7/00, H04Q9/00; loudspeakers, microphones, gramophone pick-ups or like acoustic electromechanical transducers H04R) [C9504]
- MEASURING (counting G06M); TESTING
Classificazione geografica
- Regione: Toscana
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Parole Chiave
IMMAGINI MEDICHE; SENSORI A DISTANZA; INTERFEROMETRIA RADAR; RADAR PENETRANTE; CARDIOLOGIA; APPARATO RESPIRATORIO; PROTEZIONE CIVILE; TELEMEDICINASviluppo e sperimentazione di un sensore a microonde per il controllo a distanza dei parametri fisiologici vitali attraverso la rilevazione dei movimenti cardiaci e della respirazione , sia per il monitoraggio delle condizioni di pazienti in ambiente clinico, sia per la localizzazione di persone ancora in vita sepolte da macerie o valanghe.
Università degli Studi di FirenzeAbstract
L'uso di un sensore ricetrasmittente a microonde per monitorare la attività respiratoria e cardiaca umana è stata proposta in passato in un limitato numero di lavori scientifici. Il rilievo delle attività vitali è compiuto attraverso varie metodiche di elaborazione del segnale, capaci di evidenziare il movimento del cuore, del torace e dei polmoni. Attraente aspetto di tale tecnica appare essere il suo funzionamento a distanza, non richiedendo il sensore contatto col corpo. L'obiettivo è la realizzazione di una sorta di "stetoscopio non a contatto", che potrebbe essere miniaturizzato fino a raggiungere le dimensioni di uno stetoscopio convenzionale. Un tale sensore potrebbe avere una varietà di applicazioni significative, quali ad esempio il monitoraggio di pazienti con grandi ustioni, per i quali non è possibile l'impiego di sensori a contatto, e il monitoraggio di pazienti addormentati a rischio, quali i bambini affetti da SIDS (Sudden Infant Death Syndrome) , che rappresenta la terza causa di morte infantile, e di pazienti affetti da OSAS (Obstructive Sleep Apnea Syndrome), che colpisce ben il 4% della popolazione adulta maschile.Una seconda importante applicazione di sensori a microonde , opportunamente progettati a frequenze capaci di penetrazione in profondità, è l'impiego per la localizzazione di persone sopravissute al crollo di edifici, ma sepolte sotto le rovine di questi e non in grado di segnalare la propria condizione attraverso movimenti o suoni. Il caso più tristemente frequente è quello di disastri causati da terremoti. Un caso simile, ma in condizioni ambientali completamente diverse, è quello della ricerca di persone sepolte sotto valanghe di neve. In entrambi i casi la rilevazione di segni di vita nel tempo più breve possibile è decisiva per la salvezza delle persone sepolte. Le microonde, potendo penetrare in profondità in dipendenza della frequenza usata, possono essere in grado di rivelare segni di vita causati dalla attività cardiaca e respiratoria, purché nel segnale ricevuto sia cancellato il clutter generato dai materiali interposti tra il sensore e l'uomo. Questo progetto propone un nuovo sviluppo tecnologicamente avanzato di sensori a microonde per tali applicazioni, grazie alla preziosa esperienza acquisita negli ultimi anni da una delle unità proponenti nello sviluppo e nella sperimentazione di radar penetranti e radar interferometrici. Tale esperienza è stata sviluppata in un importante progetto del Programma PARNASO del MIUR, del quale il coordinatore della presente proposta è stato responsabile scientifico, avente per obiettivo il monitoraggio statico e dinamico di movimenti submillimetrici di strutture architettoniche. Si ritiene che il know-how acquisito consentirà lo sviluppo di sensori a microonde allo stato dell'arte e la introduzione di alcune originali innovazioni per il miglioramento del rapporto segnale-rumore e la soppressione del clutter, aspetti essenziali per un' efficiente operazione del sistema proposto. Il progetto vede la collaborazione di un team multidisciplinare che, vede, accanto alle competenze ingegneristiche di elettronici ed elettromagnetici, l'essenziale apporto di bioingegneri , fisiologi e medici esperti del settore della Rianimazione e coinvolti in iniziative di Protezione Civile . <<<
Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Carlo ATZENI Università degli Studi di FIRENZEObiettivo del Programma di Ricerca
Gli obiettivi di questo progetto possono essere distinti in tecnologici, clinici e di protezione civile.Obiettivi tecnologici
I proponenti tecnici della presente proposta hanno sviluppato negli ultimi anni una capacità progettuale nel campo di innovativi sensori radar per la rilevazione di spostamenti millimetrici di grandi strutture architettoniche e di movimenti del terreno. Questi risultati sono stati ottenuti nell'ambito di un importante progetto del Programma PARNASO del MIUR, dedicato al monitoraggio dei beni artistici ed ambientali, del quale lo scrivente è stato responsabile scientifico.
Le nuove tecnologie sviluppate sono basate su tecniche di interferometria, nate dalla ricerca spaziale. I sistemi realizzati hanno impiegato segnali a banda larga del tipo CW SF(onda continua a passi discreti di frequenza), controllati da un software di elaborazione caratterizzato da una estrema flessibilità in termini di frequenze usate, larghezza di banda, generazione di aperture radar sintetiche e di focalizzazione dinamica. Come ricordato estesamente più oltre, sistemi basati su opportune combinazioni di tali caratteristiche hanno consentito una varietà di applicazioni: il rilievo di deformazioni strutturali di ordine millimetrico di edifici, ponti, dighe; il monitoraggio di movimenti franosi fino da chilometri di distanza con risoluzione di millimetri; l'osservazione di movimenti dinamici di strutture come ponti e torri con risoluzioni submillimetriche ;il rilievo di strutture sotterranee od intramurarie con alta risoluzione a profondità programmabili.
I proponenti intendono sviluppare il know-how per il progetto, la realizzazione e la sperimentazione di sensori a microonde per la rivelazione dei deboli segnali ecografici indotti dal movimento del cuore e dai movimenti respiratorii. Sulla base della esperienza pregressa dei proponenti nel campo della radaristica per uso civile, si prevede anche di sperimentare originali tecniche per il miglioramento del rapporto segnale-rumore; per la soppressione del clutter; per la realizzazione di sistemi di antenna in grado di aumentare la capacità di rivelazione in condizioni operative difficili. Si sperimenterà, inoltre, la possibilità di realizzare sensori con capacità di fornire immagini sufficientemente dettagliate per essere in grado di localizzare non solo i segnali vitali, ma anche la posizione di una persona attraverso un mezzo interposto.
Obiettivi clinici
Il conseguimento di obiettivi clinici richiede la stretta interazione con le Unità che posseggono competenze mediche, di fisiologia e di bioingegneria. La acquisizione a distanza attraverso sensori a microonde di segnali fisiologici di origine cardiaca o legati al movimento respiratorio aprirà un significativo campo di indagine sulla effettiva validità clinica della nuova strumentazione, la interpretazione diagnostica dei tracciati e il confronto con i dati ottenuti mediante la sensoristica tradizionale a contatto. Si tratta di uno studio complesso , i cui risultati sono al momento imprevedibili. Tuttavia, anche limitandosi al caso semplice di un monitoraggio di presenza/assenza di segnali vitali, si possono ipotizzare fin da ora un certo numero di applicazioni significative. La più ovvia è sicuramente il monitoraggio remoto delle condizioni vitali di un paziente in gravi condizioni, ad esempio in un reparto di rianimazione, ottenuto senza la necessità di alcun contatto fisico, associata alla possibilità di una semplice e diretta trasmissione del segnale. Esistono casi come quello dei gravi ustionati, dove la possibilità di monitoraggio non a contatto può rappresentare una soluzione desiderabile. Altre applicazioni citate in letteratura, che trovano nel monitoraggio remoto una soluzione di potenziale interesse, consistono nella sorveglianza di pazienti addormentati a rischio. La Sudden Infant Death Syndrome (SIDS) è la terza causa di morte infantile, la cui origine non è ancora del tutto nota: bambini di pochi mesi senza alcun apparente indizio premonitore vengono ritrovati morti nel sonno. Un'altra sindrome che colpisce i pazienti addormentati nel proprio letto è la Obstructive Sleep Apnea Syndrome (OSAS), che colpisce ben il 4% della popolazione adulta maschile . Con l'invecchiamento della popolazione, il monitoraggio continuo di vecchi e disabili costretti all'immobilità o a limitati movimenti nelle proprie abitazioni è spesso un'esigenza fortemente sentita. Un sensore non a contatto per il monitoraggio dei segni vitali, che trasmetta i dati ad una unità di sorveglianza remota, potrebbe trovare applicazioni a tal fine.
Obiettivi di protezione civile
E' triste esperienza il tremendo spettacolo dei soccorritori che vagano sulle macerie di edifici distrutti da terremoti alla ricerca di segni di vita. Purtroppo spesso le condizioni delle persone sepolte non consentono di far arrivare in superficie grida o movimenti, e la ricerca di questi sopravvissuti diviene di ora in ora sempre più drammatica. Un quadro simile si presenta nella ricerca di persone sepolte da valanghe di neve. E' un obiettivo di massima attenzione del progetto la sperimentazione di sensori a microonde in grado di rivelare la presenza di segni di vita, come appunto il battito cardiaco e la respirazione, di persone sepolte in tali condizioni, onde indirizzare le opere di scavo e massimizzare le possibilità di salvezza. I proponenti, esperti in nuove tecnologie per l'operazione di radar penetranti sotterranei ed intramurari, ritengono di possedere le capacità tecniche per raggiungere tale obiettivo. Il successo della ricerca risiede principalmente nella eliminazione dei segnali di clutter dovuti al mezzo interposto, che mascherano i deboli segnali di vita. Nell'ambito del progetto si procederà alla riproduzione di situazioni realistiche, almeno per profondità di sepoltura relativamente limitate, per sperimentare le possibilità di successo di varie metodologie di elaborazione per la cancellazione del clutter. Congiuntamente si sperimenterà la possibilità di localizzare gli eventuali sopravissuti attraverso immagini della zona esplorata alle diverse profondità, nella ricerca di possibili sagome umane.
Si cita soltanto, anche se questo non è espressamente previsto tra gli obiettivi del progetto, che tecniche simili sono adattabili all'ascolto di parametri vitali e alla visione intramurale per la localizzazione di persone ostili ,ascoste all'interno di edifici da parte di forze di sicurezza o dell'esercito.
E' significativo sottolineare che nel Marzo 2005 il Ministero della Difesa USA ha diffuso un bando internazionale per lo sviluppo di tecnologie volte alla mitigazione degli effetti di disastri e atti terroristici, nel quale viene indicato un obiettivo ( Victim Locator Detector System) analogo a quello proposto nel presente progetto, della cui descrizione riportiamo il punto centrale:
"Develop a system for the stand-off detection of victims within a standing building or in rubble after a terrorist attack, structural fire, or natural disaster to expedite search and rescue operations and to reduce the risk to rescue personnel. The system shall be able to detect a living human at a range of at least 6 feet (required)/25 feet (desired) through common interior structural wall,materials or building rubble. The system shall be able to search a 1000 cubic foot volume in 5 minutes and provide locating information on victims to cue bore-through optical, acoustic, or robotic sensors for more detailed assessments. The system shall provide at least a 95%.confidence level when determining that the search volume does not include any living human victims...."
Di particolare rilievo appaiono inoltre recenti lavori sullo stesso argomento apparsi nella letteratura scientifica russa , che confermano l'attualità e l'interesse della ricerca. <<<
Durata
24 mesiBase di partenza scientifica nazionale o internazionale
L'uso di un sensore ricetrasmittente a microonde per monitorare a distanza la attività respiratoria e cardiaca è stato proposto in passato in alcuni lavori scientifici [1-4]. La prima dimostrazione sperimentale della possibilità di rilevare il respiro di una persona mediante microonde risale a un lavoro pionieristico di Lin nel 1976 [1]. Il rilievo delle attività vitali a distanza mediante microonde si basa su opportune tecniche di elaborazione del segnale capaci di evidenziare il movimento del cuore, del torace e dei polmoni. Un sensore di questo genere può essere di grande interesse in campo clinico [2-4], per la realizzazione di una sorta di "stetoscopio non a contatto". Tuttavia, la tecnologia del tempo appariva non ancora matura per la realizzazione di strumenti di frequenza sufficientemente elevata, affidabili, di ridotte dimensioni e a basso costo per poter andare oltre il livello della esperienza scientifica. Inoltre, il mercato delle applicazioni civili dei sistemi radar ha subito grandi sviluppi solo recentemente , in gran parte grazie allo stimolo della ricerca spaziale.A partire dalla fine degli anni Ottanta [5] è stata suggerita l'idea di sfruttare la capacità delle onde elettromagnetiche di penetrare materiali dielettrici anche dissipativi per rivelare i segni vitali di persone dietro barriere fisiche (terreno, muratura, neve..). Le possibili applicazioni sono ovviamente di grande rilevanza. Si pensi all'importanza di localizzare in tempi rapidi i superstiti sepolti dalle macerie dopo un terremoto, un crollo, una frana, oppure sepolti da una valanga di neve. Il nostro paese è tristemente noto per questo genere di eventi a causa della natura sismica e montagnosa della penisola. La ricerca appare di grande attualità, come dimostrano il sopra ricordato bando internazionale diffuso dal Ministero della Difesa USA e recentissimi lavori sovietici [6]
Dal punto di vista tecnologico si tratta di una sfida complessa ed ambiziosa, che, malgrado un certo numero di studi già pubblicati sull'argomento [7-10], necessita ancora di molto lavoro di ricerca prima di arrivare a una soluzione tecnologica soddisfacente. Infatti, il segnale relativo a un corpo umano nascosto da una barriera, ad esempio , di muratura è estremamente debole rispetto al segnale relativo alla barriera stessa: in condizioni realistiche è tipico un rapporto tra i due segnali di 80-100 dB. Ricevitori di questa dinamica non sono realizzabili semplicemente e devono fare uso di una tecnica efficiente di soppressione del clutter.
La tecnologia non ha ancora permesso di ottenere risultati soddisfacenti. Questo non deve meravigliare, se si considera che lo sforzo di ricerca volto verso applicazioni civili del radar è stato molto limitato, specialmente se confrontato con l'enorme investimento operato nel campo della radaristica militare. Basti pensare che uno strumento radar di grande utilizzazione pratica, come il radar ‘penetrante' o "georadar", destinato alla introspezione sotterranea (in particolare per ricerca di condotti interrati e reperti archeologici) è stato commercializzato solo da circa dieci anni , nonostante i primi esperimenti risalgano a trent'anni fa. Come accennato sopra, gli enormi progressi compiuti soprattutto grazie alle ricerche spaziali e alla desecretazione di tecnologie militari permette oggi di affrontare la fattibilità degli obiettivi citati con rinnovata fiducia.
La realizzazione di un dispositivo a microonde in grado di rilevare direttamente i movimenti umani di respirazione e cardiaci è sensibilmente più semplice della rivelazione dei segni vitali di una persona sepolta. Tuttavia questo obiettivo non deve essere considerato solo un passo intermedio verso la realizzazione di un dispositivo impiegabile in una emergenza di protezione civile: la potenzialità diagnostica di un tale sistema in campo clinico deve ancora essere completamente indagata, anche in rapporto a metodi alternativi. Anche il semplice rilevamento a distanza di segnali vitali può avere notevoli applicazioni. Si pensi ad esempio al monitoraggio di pazienti con grandi ustioni, per i quali non sono possibili tecniche di monitoraggio a contatto; al monitoraggio di pazienti addormentati a rischio, quali i bambini affetti da Sudden Infant Death Syndrome (SIDS), che rappresenta la terza causa di morte infantile, e di pazienti affetti da Obstructive Sleep Apnea Syndrome (OSAS), che colpisce ben il 4% della popolazione adulta maschile. Con l'invecchiamento della popolazione,inoltre, il monitoraggio continuo di anziani disabili costretti a vivere in uno spazio limitato nelle proprie abitazioni è diventata un'esigenza fortemente sentita. Un sensore a microonde ,integrato in un sistema di telemedicina per la diagnosi a distanza senza l'intervento di personale medico sul paziente , potrebbe svolgere una significativa funzione di monitoraggio [11-14].
Citiamo, infine, per completezza, un' altra possibile applicazione nel campo della sicurezza [15]. Anche se in questa proposta di progetto non è prevista una specifica attività in questo campo, la possibilità di rivelare e localizzare persone dietro barriere fisiche quali porte o muri per mezzo della rilevazione dei loro segnali vitali può essere di grande interesse per le forze di pubblica sicurezza nel caso di irruzione in un locale occupato da individui potenzialmente ostili.
L'Unità di Ingegneria Elettronica ( indicata nel seguito come DET ) da diversi anni si occupa del progetto, della realizzazione e della sperimentazione di radar per applicazioni civili [16-31], ed ha acquisito una notevole esperienza nel campo della strumentazione a microonde per remote sensing e introspezione attraverso superfici, determinante ai fini del possibile successo della ricerca proposta. In particolare notevoli progressi tecnici sono stati raggiunti nell'ambito di un importante progetto del Programma PARNASO del MIUR, denominato MATER ( Monitoraggio Architettonico e Ambientale mediante Tecnologie di Elaborazione Radar ), del quale il coordinatore della presente proposta è stato responsabile scientifico. In tale progetto, che ha impegnato l'Unità dal 1999 al 2003, sono state introdotte una varietà di tecnologie innovative e di sofisticate tecniche di elaborazione dei segnali, spesso mutuate dalle avanzate tecniche impiegate nella osservazione radar della terra dallo spazio. Importanti risultati sono stati ottenuti grazie alle tecniche del radar ad apertura sintetica e dell'interferometria radar, che hanno consentito di raggiungere risoluzioni dell'ordine del millimetro in impressionanti immagini di movimenti franosi, riprese fino da vari chilometri di distanza, e nel monitoraggio remoto di spostamenti statici di grandi strutture quali ponti e dighe. Tecnologie analoghe sono state applicate anche all'introspezione intramuraria, ottenendo stratigrafie con focalizzazione dinamica controllata via software. Di particolare interesse sono stati i risultati relativi alla capacità di creare immagini della struttura interna di edifici operando a distanza [21]. La strumentazione sviluppata possiede inoltre una velocità di acquisizione tale da poter seguire gli spostamenti dinamici di una struttura in tempo reale. Sono state ad esempio misurate le vibrazioni puntuali di un ponte in acciaio ad una sola arcata di circa 200 metri con ampiezze incrementali di un decimo di millimetro [29] , e le vibrazioni del celebre campanile di Giotto a Firenze indotte dal suono delle proprie campane con 0.3 mm di ampiezza massima, rilevate da circa 200 metri di distanza [31].
Disponendo della strumentazione sopra descritta, capace di un impiego estremamente flessibile, sono state compiute alcune esperienze preliminari volte alla acquisizione dei segnali respiratorii e cardiaci umani [risultati non pubblicati].
La prima figura mostra il complesso del segnale ottenuto con un sistema operante a 2 GHz alla distanza di 50 cm dal soggetto.
Il ciclo respiratorio è ben netto, mentre il segnale del battito cardiaco, molto più debole, è appena distinguibile come piccola modulazione del segnale respiratorio. L'analisi in frequenza nella figura seguente mostra tuttavia il picco della respirazione a 0.3 Hz e la sua seconda armonica a 0.6 Hz , ma anche il picco della frequenza cardiaca a 1.3 Hz.
Per mettere in evidenza il segnale cardiaco , si è ricorsi, in attesa di sviluppi appropriati, all'accorgimento di rilevare segnali ‘in apnea' , cioè facendo trattenere il respiro al soggetto. Nelle due figure seguenti sono mostrati ,rispettivamente , il tracciato nel tempo del movimento cardiaco, che mostra una buona regolarità e riproducibilità, e la risposta in frequenza, che evidenzia chiaramente la frequenza cardiaca e la sua seconda armonica.
Questi risultati , insieme ad altri non mostrati, e la letteratura esistente hanno convinto i proponenti di essere in possesso degli strumenti e delle tecnologie adatte per sviluppare le promettenti ricerche delineate in questo progetto. In questo proposito si è stati confortati dal parere , per quanto preliminare , dei colleghi bioingegneri e medici, attratti dalle prospettive innovative che una tale ricerca potrebbe avere in campo clinico .
Infine, l'esperienza dell'Unità nel campo dei sensori radar per introspezione sotterranea ed intramuraria, ha suggerito l'ambizioso obiettivo di sviluppare un sistema in grado di localizzare persone sepolte sotto macerie o valanghe, basandosi sulla scoperta dei segnali di attività vitale. Anche per questo obiettivo si è confortati dalla recente letteratura [7-10], ma anche da un bando internazionale emesso nel Marzo 2005 negli Stati Uniti per lo sviluppo di un simile sistema.
L'esame dei lavori sull'argomento rivela che la applicazione delle microonde per diagnostica medica è basata sugli aspetti elementari della fisica della diffusione elettromagnetica. Si ritiene che ampi margini di avanzamento in termini di prestazioni ottenibili potrebbero nascere dall'impiego di modelli propri dell'elettromagnetismo applicato per l'analisi e la definizione degli algoritmi di ricostruzione di immagini degli oggetti sepolti. A tal fine un determinante contributo verrà dall'Unità di Reggio Calabria ( di seguito indicata brevemente come RC ), che annovera una lunga esperienza, anche internazionale, sulle tecniche tomografiche di modellazione elettromagnetica [32-36]. Le tecniche tomografiche mirano alla realizzazione di mappe spaziali delle caratteristiche elettromagnetiche dello scenario sotto investigazione e sfruttano modelli adeguati alla descrizione dei complessi meccanismi di interazione fra le onde elettromagnetiche e gli oggetti di interesse. Il processo di formazione delle immagini tomografiche richiede da un lato la definizione di modelli che, ancorché semplificati, tengano conto della fisica della modalità di rilevamento del campo elettromagnetico, dall'altro la disponibilità di metodologie di elaborazione che consentano, a partire dalle misure di campo diffuso, di caratterizzare in maniera affidabile ed accurata lo scenario investigato. L'Unità RC si occuperà della modellazione del fenomeno della diffusione elettromagnetica e dello sviluppo dei relativi algoritmi di simulazione. Sulla base delle informazioni di carattere clinico fornite dalle unità mediche, si mirerà a realizzare una modellazione elettromagnetica del complesso cardiaco-respiratorio allo scopo di prevedere l'escursione sia del livello che della fase del segnale retrodiffuso legati ai movimenti sia cardiaci che respiratori. Tali informazioni risultano importanti per lo sviluppo della strumentazione e della procedura di estrazione dei segni vitali dai dati. Inoltre, un'accurata modellazione dello scenario che tenga conto della struttura interposta nonché del tipo di sensori utilizzati appare fondamentale per caratterizzare la natura del "clutter" ed evidenziare le differenze rispetto al segnale "utile".
Come ben si comprende, la capacità tecnologica, basata sulle competenze delle Unità di Firenze e Reggio Calabria, è solo un aspetto del progetto: altrettanto importanti sono i contributi alla ricerca richiesti alle competenze di clinici, fisiologi e bioingegneri. La composizione multidisciplinare delle Unità del progetto rispecchia tale esigenza. L'Unità di ricerca di Pisa ( indicata nel seguito come MEDPI ) è costituita dal personale universitario che fa capo alla sezione di Biongegneria e Informatica Medica del Dipartimento di Medicina Interna e da personale medico e tecnico dell'Istituto di Fisiologia Clinica (IFC) del CNR di Pisa. Il gruppo MEDPI ha un'esperienza pluriennale nell'affrontare lo studio dei segnali biologici, contribuendo con le proprie conoscenze tecniche e metodologiche alla "pulizia" dei segnali da rumori o artefatti, alla estrazione delle informazioni caratteristiche, alla modellizzazione dei sistemi fisiologici e delle loro modalità di interazione, alle diverse tipologie di presentazione dei dati[37-39]. Le tecniche adottate spaziano dal filtraggio digitale , alla modellizzazione matematica , al riconoscimento di eventi e di ‘pattern', ai metodi di dinamica non lineare, all'analisi tempo-frequenza, ai metodi di Blind Source Separation, ai metodi di classificazione .L'applicazione di tali metodologie ha riguardato non solo ricerche sperimentali di base, ma ha trovato spesso un'utile applicazione clinica; inoltre, il gruppo ha ottimi rapporti con ditte del settore biomedicale che ha portato a proficue collaborazioni sia sulla validazione della strumentazione che nello sviluppo di apparecchiature innovative. Le conoscenze e l'esperienza di MEDPI nel trattamento dei segnali biologici e nello studio delle interazioni tra sistemi fisiologici di controllo appaiono dunque rilevanti ed adeguate alle finalità del progetto.
L'Unità di ricerca medica di Firenze ( nel seguito indicata come MEDFI ) parteciperà alla realizzazione del progetto nella fase clinica attraverso una sperimentazione programmata in una unità di Terapia Intensiva su popolazioni campione, per verificare e quantizzare i risultati in funzione delle diverse aree applicative. Il sensore ricetrasmittente verrà impiegato su volontari al fine di identificare i pattern caratteristici dei segnali vitali umani rilevati con il sistema a microonde. Sarà verificata l'attendibilità nel registrare on line i parametri fisiologici previsti, attività respiratoria e cardiaca, confrontando i dati ottenuti con il monitoraggio tradizionale: pletismografia, ECG e pulsiossimetria.
E' da sottolineare infine che il responsabile dell'Unità Medica di Firenze è membro del "Centro Interdipartimentale per lo studio delle condizioni di rischio e lo sviluppo di attività di Protezione Civile" , recentemente riconosciuto come Centro di Eccellenza dell' Ateneo di Firenze per la Ricerca, Trasferimento e Alta Formazione, e potrà quindi fornire un contributo prezioso alla ricerca anche sotto l' aspetto delle esigenze e delle problematiche di Protezione Civile. <<<







