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Medical
MEDICAL 15 -
OTTOBRE 2017
uno spazio d’aria (gap) molto ridotto, oppure aggiunge-
re una maschera ottica.
In base ai riscontri forniti dai clienti di ams l’opzione
più efficace risulta essere la prima, ossia minimizzare il
gap. Ciò è dovuto al fatto che una maschera ottica riduce
l’intensità del segnale, rendendo il sensore più vulnera-
bile ad altre fonti di rumore come il movimento, oltre ad
aumentare il consumo di energia del LED.
Il cross-talk non è l’unica fonte di rumore ottico: anche
la luce solare diretta può raggiungere i fotodiodi del
sensore passando attraverso la pelle. Nel suo biosensore
AS7000, ams usa un filtro ottico integrato per escludere
la gran parte della componente non verde della luce so-
lare. Ma poiché il LED del sensore è verde, questo filtro
permette l’attraversamento della luce verde, inclusa la
componente verde della luce solare.
Per ridurre al minimo il rischio di interferenze dalla
componente verde della luce solare, l’AS7000 modula
le emissioni luminose del LED, effettuando la demo-
dulazione corrispondente presso i fotodiodi. Di conse-
guenza, la circuiteria digitale del sensore può annullare
il rumore ottico non modulato causato dalla luce solare.
La modulazione della luce migliora anche le prestazioni
elettriche del sistema: il rumore dell’amplificatore pre-
sente nel sistema integrato (SSoC) deve essere ottimiz-
zato solo per la frequenza di modulazione. Ciò significa
che il rumore 1/f può essere ignorato, in quanto contri-
buisce al rumore a frequenze che sono in massima parte
inferiori alla frequenza di modulazione.
In presenza dei segnali molto piccoli prodotti da un
PPG, un altro aspetto fondamentale della progettazione
elettrica è la perfetta messa a punto per l’estrazione dei
segnali inclusi nella banda di frequenza utile (in genere
da 0,5 Hz a 4 Hz, che equivale a una frequenza cardiaca
da 30 bpm a 240 bpm). Allo stesso tempo, deve essere
minimizzato anche il rumore emesso dai componenti
periferici.
Un dispositivo AS7000 include un algoritmo software
che converte i segnali del PPG in una misurazione della
frequenza cardiaca. Inoltre l’algoritmo annulla i segnali
indotti dal movimento e identificati da un accelerome-
tro esterno: questo fornisce solo i segnali da movimento,
mentre il PPG fornisce sia segnali di moto sia di frequen-
za cardiaca. In questo modo è possibile sottrarre la por-
zione del segnale PPG indotta dal moto, lasciando solo
la porzione del battito cardiaco.
L’algoritmo ams è molto più complesso di quanto po-
trebbe suggerire questa descrizione, poiché deve coprire
l’intera gamma delle condizioni operative. Per esempio,
il segnale di movimento può corrispondere a un’armo-
nica esatta del segnale di frequenza cardiaca, e questo
avviene più frequentemente di quanto si possa immagi-
nare. Sembra che alcune persone camminino a tempo
col battito del loro cuore. Gli algoritmi ams sono eseguiti
dall’AS7000, consentendo al processore host di restare
inattivo negli intervalli tra le letture.
Metodi di test dei sensori HRM da polso
Implementando i metodi di riduzione del rumore de-
scritti finora, un bracciale HRM può produrre misura-
zioni accurate. I metodi di testing permettono di effet-
tuare tale verifica. I prototipi del braccialetto devono
essere per prima cosa sottoposti a test stazionari. Questi
test verificano le prestazioni del sensore su un polso im-
mobile: la mano e le dita devono restare ferme su un ta-
volo per l’intera durata del test. I risultati devono essere
confrontati con quelli ottenuti da un kit di riferimento
fornito dalla casa costruttrice. Questa prova deve esse-
re condotta simultaneamente con un dispositivo sulla
mano destra, l’altro sulla sinistra e una fascia toracica
HRM di riferimento. Due dispositivi non devono essere
posizionati sulla stessa mano, in quanto il dispositivo più
lontano dall’articolazione del polso si troverà in una po-
sizione di vantaggio. ams fornisce un’app per i dispositivi
con ambiente operativo Android che può essere usata
per sincronizzare il testing di un braccialetto basato su
un sensore AS7000, con il segnale HRM rilevato da una
fascia toracica Bluetooth (Fig. 3).
Se i test stazionari sono stati condotti con successo, devo-
no essere verificate le prestazioni del sistema in condizio-
ni simulate del mondo reale, includendo diversi tipi di
movimento. Per esempio, ams implementa il protocollo
“Walk-Jog-Run” (WJR), eseguito su un tapis roulant:
1 min. fermo
2 min. di camminata a 5km/h
1 min. fermo
3 min. di jogging a 8km/h
2 min. fermo
2 min. di corsa a 8-10 km/h
1 min. di corsa a 10-12 km/h
3 min. di camminata a 5km/h
2 min. fermo
Fig. 3 –
L’app di testing AS7000 di ams
per tablet e smartphone