RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Sviluppo 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 di riferimento

Università di PISA - MEDICINA INTERNA - PISA(PI)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Alberto Marco Maria MACERATA

Descrizione

Il piano di lavoro dell'UR si articola in fasi successive in accordo al principio ricorsivo di "sperimentazione-sviluppo-verifica dei risultati" ed in relazione alla progressiva crescita operativa della strumentazione. Poiché il progetto fa riferimento ad applicazioni con finalità diverse, il processo di sperimentazione-sviluppo-verifica dovrà ripetersi per ogni singolo obiettivo, con maggior o minor impegno in base alla progressione delle conoscenze già acquisite.
Una prima fase è dedicata all'apprendimento e verifica delle caratteristiche dei segnali forniti dalla strumentazione esistente e sviluppata nel precedente progetto PARNASO. Saranno realizzate prove sperimentali in diverse situazioni simulate per fornire esempi in grado di mostrare le potenzialità del metodo ed al contempo di evidenziarne i limiti e le problematiche da affrontare.
Questa sperimentazione iniziale sarà eseguita su animali e/o volontari in condizioni note e controllate, registrandone i segnali ed i protocolli di acquisizione. Le registrazioni dovranno essere di tipo digitale e su supporto permanente così da poter essere riutilizzate per l'analisi dei tracciati dai diversi laboratori partecipanti al progetto.
I dati acquisiti saranno sottoposti ad un'analisi preliminare applicando algoritmi standard per la caratterizzazione delle serie temporali (analisi spettrale, funzioni di autocorrelazione, istogrammi delle frequenze); questa analisi dovrebbe rilevare le particolarità dei segnali ottenuti nelle diverse condizioni sperimentali, per es. la presenza di bande significative, il rapporto segnale/rumore, la presenza sistematica di artefatti, ecc. Inoltre, la scelta di opportuni protocolli di registrazione (per es. utilizzando casi di respiro controllato) dovrebbe consentire l'identificazione e caratterizzazione delle componenti respiratorie e cardiache.
Questa fase risulta propedeutica allo studio dei metodi ed alla scelta degli algoritmi più appropriati per il raggiungimento dell'obiettivo iniziale di un prototipo per il riconoscimento automatico del battito cardiaco e del ciclo respiratorio.
Dalle conoscenze acquisite e dai primi risultati ottenuti, la ricerca dovrà procedere su due filoni paralleli: a) ottimizzare le procedure di riconoscimento degli eventi e b) indagare le potenzialità del metodo a livello clinico-diagnostico.
Entrambe le attività richiederanno la collaborazione del medico-ricercatore per indirizzare le ulteriori sperimentazioni che richiederanno sia l'acquisizione dei segnali da microonde che quelli di verifica e confronto (elettrocardiogramma e segnale respiratorio).
Nell'attività a) le registrazioni verranno utilizzate come test per raffinare le procedure di filtraggio ed analisi dei segnali confrontandoli con i veri segnali ECG e di respiro; verrà valutata la specificità della rivelazione degli eventi cardiaci e respiratori, senza indagare sul loro eventuale significato clinico. L'obiettivo di questa attività è quello di ottimizzare il riconoscimento della sola presenza/assenza di segni vitali in relazione alle diverse situazioni di impiego (monitoraggio ospedaliero, domiciliare, monitoraggio delle emergenze per disastri civili ed a seguito di valanghe). Dovranno essere individuati i limiti di affidabilità della strumentazione (hardware e software) e le condizioni di impiego ottimale.
Nell'attività b) le conoscenze fisiologiche del medico dovranno indirizzare la scelta di ulteriori segnali o indagini strumentali allo scopo di studiare le correlazioni di segni, eventualmente presenti sui segnali da microonde, con informazioni fisio-patologiche attualmente rilevabili con specifica strumentazione o con particolari procedure. L'elaborazione dei dati, sia da radar che quelli reali di confronto, sarà orientata all'estrazione di parametri caratteristici di ogni singolo segnale ed all'individuazione di eventuali correlazioni significative. L'analisi verrà applicata sia ai segnali che alle serie temporali dei parametri estratti, ed a post-elaborazioni che la letteratura ha indicato come rilevanti per indagini fisiopatologiche (per esempio, l'analisi della variabilità della frequenza cardiaca fornisce informazioni sul funzionamento del sistema nervoso autonomo). L'elaborazione dei segnali sarà sia di tipo puntuale (segnali o trend di parametri estratti) che globale (statistico) per facilitare il medico-ricercatore nello studio delle potenzialità della nuova tipologia di indagine.
I risultati sono al momento imprevedibili poiché la metodologia applicata non è stata fino ad ora impiegata per studi di questo tipo; in ogni caso, qualsiasi informazione fisiopatologica estratta, anche se già ora nota ed ottenibile con altra procedura diagnostica, dovrà essere interpretata come un indiscutibile successo del progetto in quanto rivelata con strumentazione completamente non invasiva.
Tutte le attività indicate rientrano nel piano di lavoro del progetto con riferimento all'Attivita 1 ed all'Attività 3 per quanto riguarda in particolare la sperimentazione clinica indicata al precedente punto b).
A seguito dello sviluppo della strumentazione e delle procedure di base per l'analisi dei segnali si procederà alla sperimentazione in specifiche condizioni ambientali e su particolari popolazioni di soggetti. L'attività 6 fornirà la base sperimentale per la scelta degli algoritmi e per l'ottimizzazione delle procedure in riferimento alle condizione ambientali di persone sepolte sotto le macerie.
L'attività 7 fa riferimento ad una diversa situazione sperimentale relativa al soccorso di persone investite da valanghe e sepolte sotto la neve.
L'UR sfrutterà tutte queste attività sperimentali come validazione dei metodi e del software sviluppato e come feedback per la sua ottimizzazione in funzione delle modalità di impiego.