Monitoraggio dell’attività respiratoria

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Pletismografia con sensori piezoresistivi

Per monitorare l’attività respiratoria, si possono utilizzare sensori piezoresistivi posizionati a diverse altezze del tronco, in particolare per discriminare tra attività respiratoria a livello toracico ed attività respiratoria a livello addominale, si possono localizzare i sensori all’inizio e a metà dello sterno. I sensori possono essere integrati nell’indumento o essere applicati in forma di banda elastica all’altezza voluta. La risposta di questi sensori è stata valutata attraverso un confronto con sensori piezoelettrici, i due segnali presentano morfologie confrontabili e valori di frequenza respiratoria coincidenti.
I sensori piezoresistivi sono intrinsecamente soggetti ad artefatti da movimento, tuttavia consentono di discriminare tra attività toracica e attività addominale, come può essere visto in Figura 4, dalla figura è possibile notare che le fasi del respiro addominale e toracico sono opposte, nell’esperimento si è simulato il respiro paradosso.

 

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Figura 4. Respirazione toracica (sopra) e respirazione addominale (sotto), durante l’acquisizione è stato simulato il respiro paradosso.

 

Pletismografia a impedenza

I sistemi indossabili basati su tessili elettronici si prestano all’implementazione di misure di tipo impedenzometrico. Una misura d’impedenza prevede la valutazione della variazione dell’impedenza corporea in corrispondenza dell’applicazione di una corrente ad alta frequenza e bassa intensità, la corrente fluisce attraverso due elettrodi e viene misurata la caduta di potenziale causata dal movimento di cariche. La misura dipende dalla massa corporea e dal flusso di fluidi attraverso il corpo. La pneumografia a impedenza consente di rilevare l’effetto della variazione di flusso d’aria attraverso i polmoni, attraverso il valore d’impedenza toracica. La misura può essere fatta con due o con quattro elettrodi. Il metodo con quattro elettrodi è meno soggetto ad artefatti di movimento, gli elettrodi interni sono usati per iniettare corrente, quelli esterni per rilevare la variazione di potenziale dovuta al cambio d’impedenza legato all’attività respiratoria.
Il valore dell’impedenza varia in funzione del volume d’aria presente nei polmoni, per questo motivo il sistema può essere calibrato con uno spirometro. La pneumografia a impedenza presenta meno artefatti da movimento rispetto ad altre tecniche indirette, tuttavia la qualità del segnale è influenzata dal valore della resistenza di contatto pelle-elettrodo.
In Figura 5 sono riportati i segnali acquisiti simultaneamente con sensori tessili confrontati con il segnale acquisito con un pirometro commerciale Biopac; nonostante le differenze in morfologia, dovute al diverso principio fisico di misura, le fasi d’inspirazione ed espirazione possono essere identificate.
I massimi e i minimi dei segnali acquisiti sono sincronizzati, com’è possibile osservare dai grafici riportati. Nella figura successiva è evidenziata la possibilità di monitorare la presenza di apnee.

 

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Figura 5. Confronto tra i segnali respiratori acquisiti a riposo con uno pirometro commerciale Biopac e diversi sensori in tessuto. Dall’alto: spirometro, pneumografia a impedenza con elettrodi in tessuto, pletismografia toracica con sensore in tessuto, pletismografia toracica con sensore stampato, pletismografia addominale con sensore in tessuto.

 

 

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Figura 6. Confronto tra i segnali respiratori acquisiti a riposo con uno pirometro commerciale Biopac e diversi sensori in tessuto. Dall’alto: spirometro, pneumografia a impedenza con elettrodi in tessuto, pletismografia toracica con sensore in tessuto, pletismografia toracica con sensore stampato, pletismografia addominale con sensore in tessuto.