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XI MEDICAL 19 - APRILE 2019 IOT WEARABLES tervallo R-R rappresenta il tempo che trascorre tra due battiti successivi. Tramite queste misure è possibile cal- colare la frequenza cardiaca istantanea, come pure una media su una finestra temporale che comprende più campioni istantanei. Più ampia è questa finestra tem- porale, più accurato sarà il calcolo della frequenza car- diaca media: a ciò comunque corrisponderà un ritardo maggiore per il calcolo della frequenza cardiaca attuale. Di solito le finestre di misura hanno una durata compre- sa tra 15 e 30 secondi. Nel caso dell’elettrocardiogram- ma è necessario tener presente le alterazioni provocate dalle interferenze elettriche, imputabili in larga misura all’alimentazione di rete, al rumore di misura (causato dai contatti degli elettrodi), al rumore dell’elettromio- grafia che registra le contrazioni del muscolo, al rumo- re prodotto dal movimento, alle derive della linea di base (baseline) e al rumore dovuto alla strumentazione come il rumore granulare (shot noise) e il rumore del convertitore A/D. La fotopletismografia (PPG) In generale si preferisce questo metodo per i dispositivi indossabili di tipo IoT. In- vece di monitorare le variazioni dell’atti- vità elettrica del cuore, questo sistema si basa sulle modalità di variazione del volume sanguigno a ogni battito. Per far passare la luce attraverso il sangue è pos- sibile utilizzare una sorgente di energia luminosa adatta come un LED a infraros- si. La luce che viene filtrata dal sangue può essere rilevata da un sensore di luce come un fotodiodo o un fototransistor. I metodi impiegati sono due: trasmissione e riflessione. Metodo basato sulla riflessione Sono molti i dispositivi espressamente ideati per questo scopo che ospitano sia il trasmettitore sia il ricevitore. Se la sorgente a infrarossi è costante, l’intensità della luce riflessa varia con la frequenza cardiaca. La corrente ri- sultante dal fotosensore posto in ricezione può essere utilizzata per indicare la frequenza cardiaca. Il metodo a riflessione risulta più indicato per i dispositivi da polso o che si applicano ai polpastrelli. Metodo basato sulla trasmissione Questo metodo sfrutta di solito un’estremità fisica come ad esempio il lobo di un orecchio. In questo caso il raggio infrarosso passa direttamente attraverso il sangue piuttosto che essere riflesso da esso. Il metodo lavora come descritto poco sopra e rappresentato nella figura 2. Problematiche associate con la tecnologia HRM basata sulla luce La tecnologia HRM basata sulla luce sfrutta la variazione del volume sanguigno e sulla presenza di ossigeno (con pulsossimetria), che influenza la trasmissione o la rifles- sione della luce. Le persone con la pelle scura possono avere dei problemi con i cardiofrequenzimetri basati sui raggi infrarossi. Le pigmentazione della pelle scura è prodotta dalla presenza di melanina. Benché efficace nel dissipare le dannose radiazioni ultraviolette (UV), la me- lanina può anche assorbire la radiazione infrarossa come pure la luce rossa che viene utilizzata nella pulsossimetria (che misura la componente pulsatile del contenuto di os- sigeno). Senza dimenticare che la pratica ormai diffusissi- ma dei tatuaggi può interferire con i sistemi HRM basati sulla luce perchè il tatuaggio agisce alla stregua di un fil- tro in quanto alcuni colori del tatuaggio stesso possono influire negativamente sull’assorbimento o sulla riflessio- ne della luce. Altri problemi possono essere causati da luci ambientali di ele- vata intensità, tremolii, corpo dell’un- ghia (nei sistemi posizionati sulle dita) e dalla bassa temperatura corporea. Per ovviare a questi problemi i produt- tori di sistemi HMR utilizzano vari me- todi di compensazione. I costruttori di dispositivi per il fitness, ad esempio, utilizzano sorgenti luminose di elevata intensità per risolvere i problemi lega- ti al filtraggio provocato dai tatuaggi o alla presenza di melanina. I LED a elevata intensità sono spesso focaliz- zati mediante piccole lenti di Fresnel (come quelli utilizzati nei fari e nelle luci dei teatri dove la luce si presenta sotto forma di cerchi concentrici sul terreno). Oltre a ciò, i pulsossimetri utilizzano una combinazione di luce rossa visibile e infra- rossa in modo da garantire la misura della componente pulsatile poiché entrambe le lunghezze d’onda non sono filtrate alla stessa maniera. Architettura del sistema L’architettura base di un AFE (Analog Front End) di un si- stema HRM implementata in un dispositivo PsoC 4 BLE è riportata in figura 3. Il nucleo centrale di questo AFE è in convertitore A/D a 12 bit in architettura SAR. Sfruttando l’equazione SNR (dB) = 6N +2 dove N è il numero effettivo di bit, la risoluzione di un’architettura di tipo SAR diminui- sce di circa 1 bit a causa di errori INL e DNL (non linearità integrale e differenziale rispettivamente). Il rapporto segna- le/rumore è di circa 68 dB, un valore abbastanza buono per questo tipo di applicazione. Il convertitore A/D è impostato Fig. 2 – Schema del circuito base usato per la trasmissione o la riflessione