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XXI MEDICAL 22 - SETTEMBRE 2021 VITAL SIGNS MONITORING diminuisce a causa dell’ipossia, il cuore inizia a battere più ve- locemente per fornire ossigeno sufficiente ai tessuti. Il monito- raggio della frequenza cardiaca è anche prezioso nel rilevare i problemi cardiaci o nel tracciare i parametri durante le attività di fitness. Un LED verde con lunghezza d’onda intorno a 540 nm è generalmente da preferirsi nel monitoraggio della fre- quenza cardiaca. Esso fornisce il miglior segnale PPG poiché ha un indice di modulazione più elevato rispetto ai LED rossi o IR. Fornisce anche un livello di CTR discreto, a vantaggio del consumo di energia che non risulterebbe troppo elevato. L’SNR in ac è un parametro di qualità del segnale e può essere calcolato in base all’indice del tempo di modulazione dell’SNR in dc. Ad esempio, con un indice di modulazione dell’1%, 95 dB dc SNR si traduce in 55 dB ac SNR. Misurazione dell’ECG La misurazione dell’ECG è stata aggiunta ai dispositivi weara- ble, come gli smartwatch per il controllo a campione o i cerotti toracici per il monitoraggio continuo. In tali dispositivi sono normalmente presenti elettrodi di metallo o di altri materia- li conduttivi, generalmente polarizzati e chiamati elettrodi a secco. Le problematiche principali per la misura dell’ECG con elettrodi a secco sono l’alta impedenza di contatto elettrodo- pelle e un potenziale relativamente alto. Le soluzioni ECG convenzionali basate su amplificatori di stru- mentazione utilizzano buffer per mitigare l’elevata impedenza di contatto elettrodo-pelle associata all’attenuazione del segna- le. La tecnica RLD (Right Leg Drive), che richiede un terzo elettrodo e riporta una tensione di riferimento attraverso il cor- po, viene implementata per respingere le tensioni di modo co- mune a cui il corpo umano, gli elettrodi e i cavi sono esposti nei sistemi ECG che misurano la tensione. Quando viene applicato alla misurazione dell’ECG, l’ADPD4100/ADPD4101 adotta un approccio innovativo utilizzando un circuito resistore-conden- satore (RC) passivo per seguire la tensione differenziale su una coppia di elettrodi. Il circuito RC passivo può essere predispo- sto in modo semplice con tre componenti, due resistenze R S e un condensatore C S , come mostrato nella figura 3a. Si tratta di un processo a due fasi per ogni campione di dati ECG. I due pin di ingresso (IN 7 e IN 8 ) durante la fase di carica opera- no in float mode. La carica sul condensatore CS è proporziona- le alla tensione differenziale dei due elettrodi se il tempo di ca- rica è maggiore di 3 dove è la costante di tempo definita da R S e C S , =2RSCS. Durante la fase di trasferimento della carica, il condensatore viene collegato al TIA e la carica viene trasferi- ta all’AFE per la misurazione (Fig. 3b). Questa soluzione basata sulla misura della carica offre diversi vantaggi, tra cui l’elimina- zione dei buffer e del terzo elettrodo necessario per l’RLD, la riduzione delle dimensioni del sistema grazie al minor numero di componenti esterni e il risparmio energetico. È conveniente aggiungere il rilevamento del lead-off a questa so- luzione ECG con la flessibilità di progettazione dell’ADPD4100/ ADPD4101 utilizzando un approccio basato sulla bioimpedenza. La figura 3a mostra il circuito di rilevazione del lead-off con im- pulsi guida su un elettrodo e la ricezione di corrente all’altro elettrodo. Se uno o entrambi gli elettrodi sono staccati dalla pel- le, il percorso è interrotto e non avviene il passaggio di corrente. La figura 4 mostra le tracce dell’ECG e della corrente elettrica ri- cevuta per la rilevazione del lead-off, dove l’ECG viene misurato nell’intervallo A e la rilevazione del lead off nell’intervallo B. Se confrontato con il circuito della resistenza di pull-up per il rile- vamento del lead-off in soluzioni ECG convenzionali, che hanno un impatto sull’impedenza di ingresso del circuito ECG, questo rilevamento basato sulla bioimpedenza in un intervallo tempo- rale separato non ha alcun impatto sulla misurazione dell’ECG. Con questo circuito accoppiato in dc, l’ECG viene ripristinato una volta ristabiliti i contatti elettrodo-pelle. Fig. 3 – Configurazione della misurazione ECG. a) Circuito di campionamento RC e circuito di rilevamento del lead-off. b) Illustrazione del processo di carica e trasferimento della carica per ogni campione di dati ECG