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ELETTRONICA OGGI 499 - GENNAIO/FEBBRAIO 2022 42 ANALOG SENSOR AFE sangue (SPO2), la frequenza cardiaca (HR - Heart Rate), l’elettrocardiogramma (ECG) e la frequenza respiratoria (RR) – e descritti i sensori più idonei per fornire letture adatte per l’uso clinico per ciascuna di esse. Verranno inoltre evidenziate le carenze delle soluzioni di misura attualmente disponibili e introdotto un AFE (Analog Front End) a elevato grado di integrazione da utilizzare in ambito medicale che abbina le funzionalità di tre biosensori in un singolo package. Questa soluzione ha tutte le potenzialità per tradurre in realtà il concetto di cerotto per il monitoraggio dei parametri vitali indossabile e monouso. Saturazione dell’ossigeno nel sangue In generale gli individui sani hanno un livello di saturazione di ossigeno nel sangue compreso tra il 95 e il 100%. Livelli di SpO2 del 93% (o inferiori) possono essere un segnale di problemi respiratori – un sintomo a esempio molto comune dei pazienti colpiti da COVID-19 – fatto questo che evidenzia l’importanza di questo parametro vitale che deve quindi essere monitorato con regolarità da parte del personale medico. La fotopletismografia (PPG) è una tecnica di misura di tipo ottico che utilizza parecchi trasmettitori LEDper illuminare i vasi sanguigni sotto la superficie della pelle e ricevitori a fotodiodi per rilevare la luce riflessa, consentendo in tal modo di misurare il livello di saturazione nel sangue. Anche se si tratta di una funzionalità oramai molto diffusa in molti dispositivi indossabili da polso, i segnali luminosi della fotopletismografia sono sensibili alle interferenze provocate dagli artefatti da movimento e alle variazioni transitorie dell’illuminazione ambientale che possono causare false letture: per questo motivo tali dispositivi non forniscono misure adatto all’uso clinico. In ambito ospedaliero, invece, il livello di saturazione nel sangue viene effettuato mediante un pulsossimetro collegato in modo continuativo sul dito di un paziente fermo (Fig. 2). Anche se sono disponibili versioni portatili alimentate a batteria, queste sono efficaci solamente per eseguire misure saltuarie. Frequenza cardiaca ed ECG La frequenza cardiaca di una persona sana è compresa tra 60 e 100 battiti al minuto, ma l’intervallo temporale tra i singoli battiti non è costante. La variabilità della frequenza cardiaca (HRV - Heart Rate Variability) indica invece che la frequenza cardiaca esprime un valore medio misurato su parecchi battiti cardiaci. In un individuo sano, la frequenza cardiaca (quindi il numero di battiti del cuore al minuto) e le pulsazioni (ogni battito cardiaco crea un impulso di flusso sanguigno arterioso che può essere rilevato sulla pelle sopra l’arteria, solitamente sul polso) sono praticamente identici in quando il sangue viene pompato nel corpo al verificarsi di ogni contrazione del muscolo cardiaco. Alcune gravi condizioni cardiache possono causare una differenza tra frequenza cardiaca e pulsazioni. Nel caso di aritmia cardiaca come la fibrillazione atriale (Afib), non tutte le contrazioni muscolari all’interno del cuore pompano il sangue nel corpo, ma il sangue può accumularsi all’interno delle camere (atri e ventricoli) del cuore stesso, un evento che potrebbe mettere in pericolo la vita di una persona. La fibrillazione atriale può risultare difficile da rilevare perché spesso si presenta in modo intermittente e solo per brevi intervalli transitori. L’importanza della rilevazione e cura di questa patologia è testimoniata dal fatto che, in base ai dati forniti dall’Organizzazione Mondiale della Sanità, circa 1/4 di tutti gli infarti che coinvolgono persone di età superiore ai 40 anni sono imputabili alla fibrillazione atriale. Poichè i sensori PPG effettuano misure di tipo ottico sulla base dell’ipotesi che la frequenza cardiaca sia identica alle pulsazioni, non rappresentano un mezzo affidabile per individuare la fibrillazione atriale. Per rilevare questa patologia è necessaria una registrazione continua dell’attività elettrica del cuore su un intervallo di tempo esteso e quindi ricorrere a un elettrocardiogramma (ECG) che fornisce la rappresentazione grafica dell’attività elettrica del cuore. Il monitor Holter (fig. 3) è il più diffuso dispositivo portatile per uso clinico impiegato per questo scopo. Anche se utilizza un numero di elettrodi inferiore rispetto a quello di un tradizionale monitor ECG statico impiegato in ambito ospedaliero, il monitor Holter può risultare ingombrante e scomodo da indossare, soprattutto durante il sonno. Fig.2 - Pulsossimetro da dito per la misura di SpO2 (Fonte: Shutterstock)