Cardiac Control and Monitoring System - Sistema di Controllo e Regolazione Cardiaca

Tino Andrea Responsabile logica di monitoraggio e controllo soglia di regolazione cardiaca.Responsabile gestione logica di attuazione per pronto in-tervento.Responsabile progettazione circuito di defibrillazione.

Report Progetto di fine corsoSistema di monitoraggio

controllo e regolazione cardiacaPersone

Scaffidi Antonino Responsa-bile gestione charting e viasu-alizzazione onde cardiache.Responsabile gestione logica per controllo delle aritmie cardiache.Responsabile costruzione circuito di defibrillazione.

Pitrella Maria Catena Respon-sabile settore di fibrillazione cardiaca.Responsabile generazione impulsi di defibrillazione e parametrizzazione in energia.

Rinaudo Salvatore Respon-sabile logica decisionale per il monitoraggio e la defibrillazi-one cardiaca. Responsabile logica di in-tervento mirato per defibril-lazione.

Corso di Misure Elettroniche (Prof. Andò B.) - A.A. 2008-2009 - Ottobre 2008 / Gennaio 2009

Università degli Studi di Catania

Generalità sulla relazione

© 2008-2009

Durante il periodo in cui il gruppo si è trovato impegnato nella realizzazione del progetto, lo stesso ha av-viato in parallelo l’elaborazione di questo report al fine di documentare l’attività svolta sai vari componenti, le problematiche e le soluzioni approntate di volta in volta fino al raggiungimento del risultato finale.

E’ dunque sotto quest’ottica che la presente relazione deve essere vista.

Si tratta dunque di un documento atto a descrivere come il progetto è evoluto nel tempo e quali sono state le versioni intermedie sue e dei vari componenti che lo costituiscono.

Infine questa documentazione è da ritenersi a pieno titolo un fascicolo di ricerca riguardante un dispositivo, realizzato nella realtà, progettato e simulato, che potrebbe essere in futuro soggetto a revisioni o modifiche da parte di terzi, questa relazione intende dunque fornire anche una guida per gli sviluppatori.

Il gruppo di progettazione

Collaborazioni esterne

Si ringrazia l’Ing. Antonino Giordano per aver messo a disposizione del gruppo i propri strumenti, il pro-prio materiale ed il proprio laboratorio di elettronica per la costruzione dei circuiti previsti nel progetto.

Collaborazioni interne

Si ringrazia l’Ing. Salvo La Malfa (coordinatore del gruppo di lavoro) per l’estrema pazienza e la grande disponibilità offerta durante il periodo di progettazione nel guidare il team attraverso le problematiche che si sono presentate in campo elettronico e nell’ambito delle piattaforme NI.

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1 Richiami di morfologia e fisiologia del cuore umano

Al fine di sviluppare un sistema di monitoraggio e controllo cardiaco è necessario studiare, non troppo nel dettaglio ma almeno nelle linee generali, come il cuore umano è composto (morfologia) e sopratutto come questo funziona (fisiologia). Concentrandoci dunque sulla seconda parte vediamo di mettere a punto il modello di base che permetterà al nostro sistema finale di lavorare correttamente.

Morfologia in generaleIl cuore è l’organo centrale che sostiene l’intero nostro apparato circolatorio, ovvero un motore designato a pompare il sangue nel sistema di vasi sanguigni che raggiunge tutto il corpo umano tra vene, arterie e vasi minori.

Il cuore trova alloggio nella cavità torica e la sua morfologia è semplice nel concetto ma complessa a livello strutturale. Infatti per svolgere il suo compito il cuore deve poter generare grandienti di pressione al fine di “muovere” il liquido sanguigno garantendo un flusso costante.

A livello istologico (analisi dei tessuti) il cuore è fondamentalmente costituito da tessuto muscolare striato supportato da una struttura fibrosa detta pericardio (una membrana protettiva).

Cavità interneOsservando il cuore e sezionandolo osserviamo che l’organo è cavo e presenta quattro camere separate e

comunicanti a coppie divise da un setto mediale e da altre pareti interatrioventricolari.

Le quattro cavità sono: due atri e due ventricoli.

In particolare gli atri si trovano nella zona superiore del cuore e ciascun ventricolo comunica con il pro-prio atrio attraverso una valvola: per il ventricolo/atrio destro la valvola è la Tricuspide (valvola a tre lembi), per il ventricolo/atrio sinistro la valvola è la Mitrale o Bicuspide (due lembi). La necessità di queste quattro camere è descritta nella parte riguar-dante la fisiologia del cuore.

Struttura nervosa del cuoreA livello morfologico il cuore è descrivibile anche dal punto di vista elettrico, dato che è proprio il sistema nervoso cardiaco il principale elemento di interesse del sistema di monitoraggio sviluppato.

La struttura nervosa del cuore parte da un punto importantissimo: il nodo seno-atriale (SAN): una porzione di muscolo cardiaco da quale partono degli impulsi elettrici che si distribuiscono su dei fasci muscolari che percorrono il setto centrale del cuore fino ad un altro nodo: l’atrio-ventricolare (AVN). Da questo nodo, simile al primo, gli impulsi ven-gono ripetuti per essere ulteriormente diramati su tutto il tessuto cardiaco grazie al fascio di His: una distribuzione di nervi che dal nodo atrio-ventri-colare ha la sua origine per percorrere il rimanente tratto della membrana interatrioventricolare, per giungere all’estremità inferiore del cuore e succes-

Raffigurazione della struttura

esterna del cuore.

E’ possibile notare la presenza di

vasi disposti sulla superficie detti: vasi coronarici.

Inoltre è possibile osservare i muscoli

che compongono la parte inferiore dell ’intera strut-

tura (ovvero i ventricoli) le cui contrazioni sono indispensabili al

pompaggio del sangue.

2 | Gruppo 1: Andrea Tino, Antonino Scaffidi, Maria Catena Pitrella, Salvatore Rinaudo

sivamente terminare con un vasto spettro di rami nervosi capaci di raggiungere le varie parti del tes-suto cardiaco.

E’ proprio questa struttura nervosa che fa da sup-porto al funzionamento del cuore, scopriremo in seguito, in maniera quasi del tutto indipendente dal sistema nervoso centrale costituito dall’encefalo umano.

Fisiologia in generaleDescritte, in breve, le caratteristiche morfologiche del cuore, possiamo soffermarci adesso sul suo funzionamento e, come prima accennato, questa descrizione prevederà un’attenta analisi del sistema nervoso cardiaco.

Il meccanismo di conduzione del segnale cardiacoIl punto di partenza per comprendere come il

cuore è in grado di pompare sangue è iniziare con un’osservazione della trasmissione degli impulsi elettrici attraverso il sistema nervoso cardiaco. Questo perchè sono proprio questi impulsi a de-terminare il battito cardiaco, unico elemento che a noi interessa per il nostro sistema di monitoraggio e controllo cardiaco.

La polarizzazione delle cellule: Le contrazi-oni del cuore sono determinate da un susseguirsi di polarizzazioni/depolarizzazioni delle cellule musco-lari cardiache. Polarizzare e ripolarizzare le cellule muscolari del cuore significa invertire la loro polarità per poi ripristinarla.

Le cellule muscolari in generale hanno infatti la caratteristica di avere una polarità all’esterno della membrana cellulare ed una opposta all’interno (dentro il protoplasma cellulare); invertendo questo ordine è possibile determinare una contrazione del muscolo ed una sua ridistensione (ripristinando la polarità originaria).

Di seguito parleremo di trasmissioni di impulsi elettrici intendendo appunto questo processo di propagazione della polarizzazione/depolarizzazione di una sequenza di cellule muscolari.

Il sistema SAN-AVN-His: Il complesso nervoso cardiaco ha il compito di condurre impulsi elettrici tali da garantire le contrazioni muscolari tramite questo processo di polarizzazione/depolariz-zazione.

Come prima specificato il punto di partenza dell’intero sistema è rappresentato dal nodo seno atriale (SAN): una porzione specializzata di muscolo cardiaco situato sulla parete dell’atrio destro il quale, in maniera del tutto autonoma, genera con un ritmo regolare un impulso elettrico.

L’impulso parte da questa regione specializzata e provoca inizialmente la contrazione degli atri. Du-rante il suo propagarsi, l’impulso raggiunge il nodo

MiSURE ElETTROniChE - PROGETTO di finE CORSO | 3

atrio ventricolare (AVN) dove, in un meccanismo di ripetizione, un nuovo impulso viene generato im-mediatamente.

Al verificarsi di questo nuovo evento, il nuovo impulso lascia il nodo atrio ventricolare per incam-minarsi attraverso la parete interatrioventricolare tramite un apposito fascio nervoso (il fascio di His) raggiungendo dunque i ventricoli e propagando la contrazione a tutta la parete muscolare.

Questo ritmo di impulsi, che trova origine nell’SAN, determina una regolare contrazione dei fasci muscolari cardiaci, determinando dunque il ritmo cardiaco che tutti conosciamo.

L’autonomia dell’SAN: E’ importante sot-tolineare che il nodo seno atriale è un sistema di generazione autonomo, ovvero è un sistema che procede per conto proprio senza l’influenza diretta del sistema nervoso centrale. In realtà quanto detto è vero al 90% in quanto il sistema nervoso centrale ha sempre modo di con-dizionare la ritmia sinusale (ritmo sinusale = il ritmo scandito dall’SAN) tramite un condizionamento che si presenta a livello encefalico

L’onda cardiacaQuesto ritmo scandito dal propagarsi continuo di impulsi elettrici è schematizzabile in molti modi. Quello che si fa in genere è cercare di monitorare il cambiamento del potenziale elettrico misurato tramite delle sonde applicabili nelle vicinanze del cuore, tali cambiamenti di tensione sono il riflesso del propagarsi di un impulso.

Si scopre dunque che l’attività del cuore è schema-tizzabile da un’onda (tensioni) definita nel tempo e avente una determinata frequeza essendo questa periodica.

Il ciclo cardiaco: monitoraggio

e sua misurazioneVolendo dunque monitorare l’attività cardiaca, cosa è necessario fare?

Generalità sul ciclo cardiaco Viene definito ciclo cardiaco l’evolversi e l’esaurirsi di una sequenza di contrazioni tipiche, sequenza che si replica nel tempo. Tale sequenza, spesso riferita come rivoluzione cardiaca quando si replica nel tempo, è tale da portare il cuore da una condizione di riposo, ad una condizione di contrazione e di nuovo in una condizione di riposo iniziale.

Il ciclo cardiaco si compone fondamentalmente di due grandi parti:

Diastole: E’ la fase in cui il cuore è rilassato e in ♦cui le quattro cavità interne possono riempirsi di sangue.

Sistole: E’ la fase che prevede la contraziione ♦del cuore, in cui il sangue prima immagazzinato durante la diatole, viene espulso e pompato nel sistema circolatorio.

La sequenza di sistole e diastole può essere osservata anche da un’analisi dell’onda cardiaca.

Visualizzazione dell’onda cardiaca Per rispondere alla domanda posta inizialmente, per monitorare e visualizzare nel tempo l’evolversi delle contrazioni cardiache, è necessario monitorare l’attività del cuore. Questo procedimento prevede spesso l’utilizzo di uno strumento chiamato elettro-cardiogramma (ECG).

Questa strumentazione permette di visualizzare l’onda cardiaca mediante il monitoraggio delle ten-sioni che si formano nel sistema nervoso del cuore.

Purtroppo un processo di monitoraggio può dare


risultati diversi rispetto ad un altro, a volte total-mente diversi. Ovvero le due onde visualizzate dai sensori possono essere diverse. Questa situazione intercorre perchè in fase di monitoraggio è necessario applicare degli elettrodi sul petto del soggetto, ogni elettrodo vedrà un’onda differente.

Il motivo è semplice, la polarizzazione/depolariz-zazione che si viene a determinare durante la riv-oluzione cardiaca, viene monitorata da punti diversi posti ad angolazioni e distanze differenti dal cuore. Dunque a variare non è solo l’ampiezza dell’onda cardiaca, ma anche la sua natura, fenomeno dovuto al fatto che i vari elettrodi osservano la ripolarizzazi-one da angoli diversi dai quali i versi delle polarità cellulari possono risultare differenti.

La spiegazione del fenomeno è dunque puramente geometrica, infatti in un tracciato ECG vengono disegnate molte onde.

Caratteristiche dell’onda cardiaca Abbiamo dunque risposto alla domanda. Per visu-alizzare l’attività cardiaca possiamo monitorare le tensioni sul sistema nervoso cardiaco e seguire gli impulsi elettrici nella loro periodica evoluzione a

partire dal nodo seno atriale. Ed infatti oggi i mod-erni sistemi di monitoraggio usano questa tecnica. Anche il sistema da noi sviluppato segue questa logica.

Mediante questa tecnica di misurazione siamo dunque in grado di estrapolare un tracciato che infine è la cosiddetta onda cardiaca. Il risultato del monitoraggio effettuato su un cuore animale (mammifero) è infatti una forma d’onda dalle carat-teristiche qualitative simili. Lo studio dei parametri dell’onda cardiaca di un soggetto può determinare in alcuni casi l’individuazione di una cardiopatia ben determinata, in altri casi può essere uno strumento per rilevare anomalie la cui natura deve però essere studiata con metodi più specifici.

Nel nostro caso l’onda cardiaca, la sua frequenza, è un indice dei parametri vitali del soggetto in esame.

Struttura di base: L’onda cardiaca è composta essenzialmente da una serie di “picchi“ elementari che prendono dei nomi in quanto, in corrispondenza a questi livelli di tensione, si possono individuare le fasi cruciali del ciclo cardiaco. Riconosciamo dunque quello che si chiama Complesso PQRSTU.

Analizziamo i singoli picchi ed il loro significato mediante un’analisi in sequenza: partiremo dunque

dal primo picco dell’onda (picco P) fino a raggiungere l’ultimo (picco U) nel periodo di rivoluzione cardiaca.

Picco P:1. Si tratta di un salto di tensione che si verifica in quanto il nodo seno atriale ha generato un


Aritmie cardiache: generalità e mo-dalità di intervento Le più comuni disfunzioni cardiache sono le arit-mie.

Un’aritmia cardiaca è lo svolgersi della rivoluzione cardiaca, secondo quanto descritto fino ad ora, però con una frequenza che esce dai parametri normali: ovvero un ciclo cardiaco a frequenza troppo bassa o troppo alta.

Questa dicotomia genera due termini comunemente utilizzati:

Tachiaritmia: Aritmia cardiaca per cui il cuore ♦esegue il suo ciclo completo con una frequenza troppo alta.

Bradiaritmia: Aritmia cardiaca per cui il cuore ♦esegue il suo ciclo completo con una frequenza troppo bassa.

Nel nostro caso, cosa vuol dire frequenza troppo alta o troppo bassa? Per gli esseri umani la cui età è superiore ai primi due anni di vita, escludendo malformazioni, la normoritmia cardiaca prevede cicli eseguiti con le seguenti frequenze:

Maschi: Nei maschi il normale battito cardiaco ♦viene eseguito ad una frequenza pari circa a 70 bpm (battiti al minuto).

Femmine: Nel caso delle femmine il normale ♦battito cardiaco viene eseguito ad una frequenza pari a circa 75 bpm.

Una tachicardia si verifica quando la frequenza supera il tetto dei 100 bpm e diventa critica quando sale oltre i 120 bpm.

Una bradicardia si verifica invece quando la fre-quenza scende al di sotto del limite dei 50 bpm diventando critica quando decade sotto i 40 bpm.

nuovo impulso, segno che un nuovo ciclo car-diaco è iniziato.

Picco Q;2. Al verificarsi dell’evento generato dall’ SAN, l’impulso si propaga per gli atri e raggi-unge il nodo atrio ventricolare dove comincia a perdere intensità.

Picco massimo R:3. A questo punto l’AVN genera un nuovo impulso con intensità maggiore, si determina una crescita in tensione che segna il tetto massimo dell’onda.

Picco S:4. L’impulso si propaga per il fascio di His attraverso il setto interatrioventricolare disper-dendosi fino a tutta la parete miocardica.

Picco di reset T:5. Il sistema cardiaco resetta le polarità, è la fase cruciale, detta anche punto sensibile del ciclo cardiaco. E’ qui che infatti le cellule muscolari riacquistano tutte la loro polarità originaria chiudendo il ciclo formatosi precedentemente.

Picco U:6. Il picco U è solo una tenue testimoni-anza di un riassetto generale del sistema nervoso cardiaco dove le ultime polarità si ristabiliscono rendendo il cuore veramente pronto per un altro ciclo.

Questo “modulo” fondamentale si ripete periodica-mente e genera il ritmo cardiaco.

Aritmie, fibrillazione ed ar-resto cardiacoScopo del sistema i monitoraggio e controllo car-diaco è quello si di monitorare l’attività elettrica del cuore e la sua regolarità, ma anche di intervenire nel caso in cui questa dinamica non si presentasse o si presentasse sotto condizioni o parametri fuori dai valori comuni.


Modalità di intervento: stimolazione elettricaSe il soggetto è affetto da una qualsiasi forma di aritmia cardiaca, è possibile ripristinare la normale frequenza cardiaca utilizzando il meccanismo di stimolazione elettrica.

Tale stimolazione è però cruciale e deve essere eseguita effettuando un monitoraggio continuo sull’attività cardiaca: infatti al fine di risolvere l’aritmia è necessario lanciare il segnale elettrico sti-molatore (per resettare l’attività elettrica del cuore) subito dopo la comparsa del picco R (0,02 secondi dopo). In realtà un tempo così preciso non è possi-bile da rispettare; difatti è possibile operare la stimo-lazione anche con un leggero ritardo, l’importante è che il cuore non sia nella fase T, ovvero non abbia raggiunto il picco di ripristino delle polarità. Se infatti si lanciasse un impulso elettrico sul sistema cardiaco, quando questo si trovasse durante la fase dell’onda T, il cuore subirebbe un forte trauma e si peggiorerebbero solo le cose.

L’onda T infatti è la fase in cui il cuore ripristina le polarità di tutte le cellule, un intervento esterno in questa fase sarebbe molto dannoso.

Non è detto che dopo la stimolazione elettrica il cuore riprenda il consueto battito. La possibilità è che l’aritmia continui a presentarsi, in genere è molto probabile che in casi come questi la frequenza cambi, in meglio, avvicinandosi ai valori normali; è dunque possibile che sia necessaria una sequenza di stimolazioni ad energia decrescente.

Dall’altro lato invece c’è anche la non poco probabile possibilità che l’aritmia rimanga invariata o che ad-dirittura peggiori verso valori decisamente critici. In questo caso le stimolazioni elettriche si seguiranno con energia crescente.

Gli esiti del trattamento per stimolazioni elettriche di un’aritmia cardiaca in genere sono sempre posi-tivi. E’ raro che infatti un soggetto possa riscontrare un’aritmia molto prolungata e violenta, come è

molto imporobabile che questa porti addirittura al decesso. E’ però da tenere presente una cosa: le aritmie si trattano con segnali, impulsi elettrici esterni, di energia non alta. Avendo infatti a che fare con una variazione della frequenza e non con un’alterazione cronica della struttura del segnale elettrico cardiaco, non vi è ragione per trattare tali eventi con segnali ad energia troppo alta.

Le aritmie, statisticamente, si risolvono dopo i primi tentativi ad energie di segnali che non vanno oltre i 100 Joule.

Fibrillazione cardiaca: generalità e modalità di intervento Tra le tre anomalie cardiache (aritmia, fibrillazione e arresto), la fibrillazione cardiaca è forse la più com-plicata dal punto di vista del suo “funzionamento“ e dal punto di vista della sua risoluzione.

Si parla di fibrillazione in un soggetto il presentarsi di un ritmo patologico del cuore, caratterizzato da un’alterazione della normale contrattilità del muscolo cardiaco. Ovvero, la fibrillazione interviene quando il cuore perde letteralmente la struttura del battito; infatti il cuore inizia ad assumere un comportamento spas-modico ed incontrollato per cui i muscoli cardiaci non si contraggono, ma sono soggetti a spasmi e a sollecitazioni incontrollate.

Questo tipo di comportamento è perfettamente visibile all’ECG in cui i tracciati, a seconda del tipo di fibrillazione, mostrano un’andamento del segnale elettrico dove non è più possibile vedere il complesso PQRSTU e dove, al suo posto, si delinea un segnale fortemente imprevedibile ed irregolare, sintomo di una grave assenza di controllo dei segnali elettrici nel sistema cardiaco.

Tipologie di fibrillazione


anomalo; diversamente dalle aritmie che possono prolungarsi nel tempo, ripresentarsi ad intervalli anche prevedibili di tempo e per questo tratta-bili anche farmacologicamente (oltre che tramite stimolazione elettrica), le fibrillazioni devono essere risolte istantaneamente tramite la defibrillaziione cardiaca.

La defibrillazione consiste nel convogliare una corrente elettrica (un segnale elettrico finito nel tempo e ad alta energia) attraverso il cuore mediante l’applicazione di due piastre metalliche collegate ad un circuito elettrico. Questa operazione prevede che il cuore venga attraversato in maniera improvvisa da una corrente elettrica di elevata intensità, ma durata infinitesima. In questo modo è possibile annul-lare il comportamento anomalo dei nodi cardiaci resettandone lo stato.

Purtroppo la defibrillazione è un meccanismo che spesso richiede più interventi. Infatti il cuore non risponde immediatamente dopo la prima defibril-lazione, la fibrillazione può permanere e dunque si rende necessario eseguire di nuovo il processo. Nell’ottica di dover effettuare una defibrillazione su di un soggetto in fibrillazione è bene consider-are anche che il segnale elettrico da scaricare può essere modificato tentativo per tentativo. In genere si incomincia con energie del segnale al di sotto dei 70 Joule; nel caso la fibrillazione persista i succes-sivi tentativi cercheranno di risolvere la fibrillazione applicando segnali ad energia maggiore fino ad un tetto (imposto dalla legge) di 300 Joule circa; oltre questo tetto è possibile continuare a defibrillare per un certo numero di volte.

Notare che se il soggetto non risponde dopo un certo numero di tentativi, è poco probabile riuscire a risolvere la fibrillazione, la quale divergerà verso un arresto cardiaco (condizione che vedremo fra poco) non risolvibile e dunque sopraggiungerà il decesso del soggetto.

Si hanno due grandi famiglie di fibrillazione:

Fibrillazione atriale: ♦ Si tratta della perdita del ritmo sinusale, ovvero della normale ca-denza, frequenza, con la quale l’SAN genera impulsi elttrici. La perdita di questo ritmo, con l’assunzione di un comportamento imprevedibile e spasmodico da parte del nodo seno atriale, causa la generazione di contrazioni incontrollate degli atri. Sebbene si tratti di una condizione pericolosa non è generalmente letale.

Fibrillazione ventricolare: ♦ Si verifica quando si perde il ritmo nodale, ovvero la frequenza con la quale il nodo atrio ventricolare (AVN) emette impulsi che si propagano nel fascio di His. In genere si raggiunge questo stato dopo la perdita del ritmo sinusale, l’assenza di tale ritmo mette in atto un sistema con il quale il cuore cerca di mantenere la sua attività malgrado manchi il promotore del meccanismo di contrazione (gli impulsi dell’SAN), infatti l’AVN inizia a generare stimoli in maniera indipendente (ritmo nodale) assicurando ancora un’attività cardiaca al 70%. Quando però interviene una fibrillazione ven-tricolare, il cuore ha perso anche il ritmo nodale e in questo caso si dice che il sistema ha rag-giunto uno stato critico in quanto, malgrado il cuore sfrutti dei centri nervosi sulla membrana, l’attività cardiaca è gravemente compromessa. La fibrillazione ventricolare se non trattata con-duce alla morte.

E’ importante sottolineare il fatto che una fibril-lazione è un fenomeno che si verifica in maniera inaspettata e produce un comportamento irregolare dei muscoli cardiaci dovuti ad una propagazione di impulsi fortemente irregolari lungo i fasci nervosi del miocardio.

Modalità di intervento: defibrillazione elettricaLa fibrillazione cardiaca è un evento improvviso e


le cellule; per questo motivo la rianimazione tramite massaggio cardiaco è una tecnica utile che conduce, con una certa statistica, al recupero del soggetto. Notare però che questa tecnica non risolve da sola l’arresto, la rianimazione tramite massaggio serve solo a garantire un margine di sopravvivenza al sog-getto, il cuore infatti non riprenderà mai a battere in assenza di un intervento di diversa natura.

Nel nostro caso prenderemo in esame una tecnica di riattivazione del cuore che è nota come Elettroshock cardiaco. Si tratta di una modalità di intervento molto utiliz-zata che prevede l’impiego di correnti elettriche ad ad alta energia convogliate attraverso il cuore.

Come nel caso della fibrillazione il meccanismo è identico, solo che i valori energetici sono molto differenti e in alcuni casi variano anche alcune caratteristiche del segnale elettrico oltre all’energia. L’esempio lampante è costituito dal fatto che es-sensialmente un defibrillatore spesso usa impulsi elettrici che si esauriscono in un tempo molto basso (meno di un secondo), mentre un elettroshock fa uso di impulsi a durata ancora più bassa con fronti del segnale molto più ripidi (queste caratteristiche verranno analizzate in seguito).

Convogliando segnali elettrici ad alta energia at-traverso il cuore è possimile stimolare elettricamente il nodo seno atriale e cercare di giungere al suo ripristino.

Da come si può intuire questa metodologia opera-tiva è drastica ma anche la più efficace, le risposte dall’SAN in genere arrivano dopo i primi quattro tentativi, i casi più gravi richiedono che gli step suc-cessivi facciano impiego di energie maggiori (il tetto massimo è sempre 300 Joule). I casi più gravi, per cui gli arresti sono dovuti a car-diopatie o anomalie croniche gravi possono portare al decesso.

Arresto cardiaco: generalità e modal-ità di intervento La terza ed ultima anomalia cardiaca che prendiamo in esame è l’arresto.

Da come è possibile intuire, l’arresto cardiaco è una condizione, reversibile, di annullamento della perfusione sistemica, per cui il cuore non pompa più sangue nel sistema circolatorio.

Si rende necessaria una piccola analisi incidentale sulla morte cerebrale. L’arresto cardiaco infatti può portare alla morte cerebrale in quanto le cellule del cervello non sono più in grado di produrre energia (sotto forma di ATP: Adenosina Trifosfato) dall’ossigeno secondo la nota reazione biochimica che regola la respirazione cellulare (semplificata):

6 12 6 2 2 26 6 6C H O O CO H O+ → +

L’ossigeno infatti è una componente essenziale per questa reazione chimica, alla base di gran parte dei viventi, per cui la mancata attività cardiaca non as-sicura il necessario apporto di ossigeno alle cellule cerebrali destinate dunque a morire.

Quando il cuore va in arresto, l’intero sistema cardiocircolatorio è bloccato e la tensione all’interno dei vasi sanguigni (la pressione emostatica) è nulla.

Modalità di intervento: elettroshock cardiacoIl trattamento di un arresto cardiaco prevede l’attuazione di una sequenza più o meno precisa di operazioni che costituiscono quella che viene comunemente chiamata la “catena di soccorso“. La realtà è che, mentre un arresto cardiaco di per sè non è nocivo (in quanto è possibile sopravvivere anche dopo 10 minuti di arresto totale), quello che è peri-coloso è l’assenza della distribuzione di ossigeno per

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2 Scopo, funzionalità principali e generalità del progetto

Il sistema di monitoraggio e controllo cardiaco messo a punto dal gruppo di lavoro possiede alcune caratteristiche preliminari oltre a porsi degli specifici obiettivi.

PurposeIl sistema è progettato essenzialmente per fornire un supporto medico-assistenziale verso soggetti affetti da temporanee o croniche anomalie cardiache (intendendo una delle tre situazioni descritte nel capitolo precedente).

Nel particolare, l’intera apparecchiatura ha come scopo quello di monitorare e memorizzare lo stato cartdiaco del soggetto (frequenza e altri dati rilevan-ti), inoltre il sistema si prefigge come ulteriore fine quello di rilevare l’insorgere di eventuali anomalie cardiache intervenendo su esse in maniera oppor-tuna per risolvere i casi presi in esame.

Azioni principaliPer intervenire il dispositivo può effettuare queste operazioni a seconda dell’insorgenza che si presenta:

Aritmie cardiache: ♦ In caso di bradiaritmie o ta-chiaritmie il sistema provvede ad intervenire sul soggetto mediante scariche elettriche ad energia controllata (valori bassi o sotto la media) al fine di risolvere l’aumento o la diminuzione eccessiva della frequenza cardiaca stimolando l’SAN con impulsi elettrici resettatori.

Fibrillazione cardiaca: ♦ Il sistema è progettato per rilevare le fibrillazioni che possono presen-tarsi nel soggetto. A tal fine il prototipo proget-tato defibrilla il soggetto convogliando su esso una serie di scariche elettriche ad alta energia. In questo modo si cerca di porre fine all’estrema ir-regolarità delle contrazioni per ristabilire il ritmo sinusale.

Arresto cardiaco: ♦ In caso di totale arresto della perfusione sistemica, il prototipo cerca di agire mediante elettroshock cardiaco. Questa operazione è tesa a ripristinare l’attività elettrica del cuore al fine di far ripartire l’SAN ripristinando la perfusione nell’apparato cardio-circolatorio del soggetto.

ComponentiIl sistema progettato si compone di alcune parti hardware (apparecchiatura elettronica) e software (elementi programmati al computer mediante l’utilizzo di opportune piattaforme).

Centro di controllo softwareIl controllo generale è demandato al nucleo soft-ware del sistema. Si tratta questo di un programma elaborato al computer, il cui scopo è quello di accettare in ingresso le informazioni provenienti dall’apparecchiatura hardware per poterle trattare ed esaminare. Questo componente inoltre è in grado di prendere decisioni circa come intervenire nel


Il confronto permette di stabilire istanti rilevanti in cui l’onda assume determinati valori, da questi istanti di tempo è possibile ricavare il periodo dell’onda il quale viene misurato grazie ad un timer interno (anch’esso sviluppato a livello software sepa-ratamente dal team).

Unità elettronica di defibrillazioneA terminare la lista dei componenti del sistema è l’unità di defibrillazione.

Si tratta, questa, di un componente elettronico costruito dal gruppo di lavoro, il cui scopo è quello di interfacciarsi con l’unità software centrale al fine di reperire i dati acquisiti. Sulla base di questi dati l’unità di controllo può decidere se operare, in caso affermativo, le azioni fatte sul soggetto sono realiz-zate grazie al defibrillatore.

Infatti il defibrillatore rappresenta la parte ettuativa di tutto il prototipo, grazie a questa unità il sistema può interagire con il soggetto non solo passiva-mente, prelevando dati, ma anche attivamente, ovvero operando sul paziente al fine di risolvere situazioni di anomalie cardiache mediante le metod-ologie sopra discusse.

L’unità defibrillatrice consta di un circuito elettron-ico alimentato esternamente il cui compito è quello di convogliare scariche elettriche sul soggetto medi-ante delle piastre conduttrici.

DestinatariIl prototipo a cui il gruppo di sviluppo è giunto vede come destinatari principali i seguenti:

Sala rianimazione / Opedalizzazione: ♦ Il sistema è stato concepito per poter essere utilizzato all’interno dei reparti di trattamento intensivo, con particolare riferimento alle sale rianimazione degli ospedali e delle strutture clin-

momento in cui lo stesso rileva l’insorgere di parti-colari situazioni (generalmente si tratta di anomalie cardiache).

Questa parte programmata al pc è stata sviluppata grazie all’ausilio dell’ambiente operativo offerto dalla piattaforma NI (National Instruments), in particolare l’utilizzo del programma LabView ha reso possibile l’implementazione delle funzionalità finora descritte.

Rilevatore di frequenza cardiacaIl rilevatore della fraquenza cardiaca è un com-ponente fisico costruito mediante strumentazione elettronica capace di calcolare in bpm (battiti al minuto) la frequenza cardiaca del soggetto collegato al sistema.

Rilevatore hardwareSi tratta in realtà di un componente misto (hard-ware e software) basato sul trigger di Schmitt a doppia soglia. La stumentazione elettronica infatti è in grado di filtrare il segnale cardiaco in ingresso dal soggetto offrendo in uscita un’onda quadra, risultato dello squadramento del segnale cardiaco. L’onda quadra poi viene inserita all’interno di un altro componente elettronico (un misuratore di lunghezze d’onda e periodi) capace di offrire in uscita la fre-quenza finale desiderata.

Alla fine della catena è presente il modulo software il cui compito è solo quello di ricavare in bpm la frequenza.

Rilevatore softwareIl gruppo di lavoro in realtà ha provveduto a svilup-pare anche un rilevatore puramente software della frequenza cardiaca. Tale rilevatore, efficiente come quello hardware a parte un velocità minore di cal-colo, è tale da acquisire direttamente l’onda cardiaca e di processare i valori di quest’ultima mediante un confronto a doppia soglia per estrarre la frequenza.


neo supporto medico.iche in generale. In questo caso l’apparecchiatura è situata vicino al letto su cui è presente il soggetto sotto trattamento, il sistema effettua la rilevazione della frequenza cardiaca e pone in allerta il personale interno qualora il soggetto presentasse una delle tre anomalie cardiache prese in considerazione. Il prototipo si pone come principale obiettivo quello di allertare il personale medico al fine di risolvere il problema, ma nel caso in cui questo tardasse a presentarsi, il sistema ha la facoltà di agire autonomamente cercando lui stesso di risolvere l’anomalia in corso. Per questo motivo, in questa situazione, il dis-positivo non sostituisce il personale medico, ne fa le veci semplicemente in caso di sua assenza.

Soggetti cardiopatici: ♦ Il sistema è stato pro-gettato anche per essere un dispositivo mobile. Queste apparecchiature portatili (defibrillatori, monitoratori cardiaci, etc.) in realtà esitono già in commercio. Quello che però il gruppo di lav-oro ha voluto progettare è un sistema differente e non comune in letteratura. Infatti il sistema progettato ha come utilizzo quello rivolto verso soggetti affetti da cardiopatie croniche più o meno gravi, in cui l’insorgere di un’anomalia cardiaca è frequente. In questo caso l’apparecchiatura intende sup-portare il soggetto cardiopatico mediante una strumentazione portatile collegata direttamente allo stesso mediante alcuni elettrodi. Il sistema effettua dunque un costante monitoraggio dell’attività cardiaca ed interviene sul paziente nel caso insorgano complicazioni o anomalie cardiache. Il tutto integrando un’opportuno com-ponente in grado di allertare telefonicamente chi di dovere per offrire un supporto più concreto. Anche in questo caso infatti il sistema non si prefigge come scopo quello di sostituirsi alle cure degli infermieri o del personale assegnato al sog-getto, l’apparecchiatura funge solo da tempora-

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3 Caratteristiche dettagliate del sistema

In questo capitolo analizzeremo in dettaglio come i vari componenti del sistema sono stati progettati ed implementati mettendo in risalto i principali motivi delle scelte operate.

Rilevatore di frequenza car-diacaIl rilevatore di frequenza cardiaca è stato implemen-tato in due modi:

Implementazione hardware. ♦

Implementazione software. ♦

Queste due scelte sono motivate dal fatto che il team di lavoro, ad un certo punto, si è trovato a decidere riguardo questo componente, la proget-tazione iniziale prevedeva l’utilizzo di componenti software già precedentemente programmati. Col tempo si è visto però che le limitazioni sull’hardware di acquisizione dell’onda cardiaca (scheda di acqui-sizione NI-USB6009 con acquisizione 1 sample on demand) imponevano di effettuare il buffering dei valori acquisiti introducendo dunque tempi di attesa per l’analisi dei dati in ingresso.

Tali tempi di attesa risultavano inaccettabili visto che il sistema doveva fornire prestazioni elevate senza ritardi, questa condizione ha portato all’elaborazione di un sistema hardware di acquisiz-ione della frequenza senza passare da componenti software.

Rilevatore hardwareAnalizziamo, seguendo la sequenza di progettazione che il gruppo ha preso in considerazione, il rileva-tore con implementazione fisica.

Il circuito utilizzato per modellare un dispositivo che fornisca la frequenza di un’onda cardiaca si basa essenzialmente su di un’implementazione circuit-ale del trigger di Schmitt, trigger poi collegato in ingresso ad un ulteriore dispositivo fisico.

Nel particolare, il trigger è responsabile dello squadramento dell’onda cardiaca basando su due soglie: 0V e 3V. L’onda quadra generata in uscita dal trigger va dunque in ingresso al secondo dispositivo. Nel nostro caso il secondo dispositivo è rappresentato da una scheda di acquisizione (NI-USB6251) capace di fare anche da contatore.

La funzione interna di misurazione di periodi per-mette dunque di estrapolare dall’onda quadra il suo periodo, uguale al periodo dell’onda cardiaca. Tale valore arriva dunque alla fine in ingresso all’unità centrale software la quale elabora il dato producen-do la frequenza in bpm.

Implementazione circuitale del trigger di SchmittIl trigger squadratore è stato implementato utiliz-zando una delle più comuni e classiche configu-razioni circuitali. In particolare, nel nostro caso, il trigger fa uso di un amplificatore operazionale in modalità invertente e due resistenze opportu-


di principio del gruppo di lavoro (l’implementazione di un trigger fisico è venuta dopo), ovvero l’idea era quella di programmare in NI LabView il mec-canismo capace per estrarre la frequenza dall’onda cardiaca.

Sembra però a questo punto poco sensato l’aver implementato due trigger. In effetti il percorso a cui è andato incontro il gruppo di lavoro giustifica una simile evoluzione degli eventi.

Infatti in principio il gruppo, nell’implementare il trigger software, faceva uso della scheda di acquisiz-ione NI-USB6009 la quale però bufferizzava i cam-pioni introducendo ritardi eccessivi nell’elaborazione dei dati. Il team ha dunque preferito non effettuare l’acquisizione dell’onda, ma dare questa in ingresso a un trigger fisico. E’ stata solamente l’improvvisa disponibilità della scheda NI-USB6251 a rendere possibile l’acquisizione diretta in real-time senza buffering dell’onda cardiaca e dunque a rendere pos-sibile l’implementazione del componente a livello software. Ragion per cui il team ha poi ripreso anche il trigger software lasciato in sospeso, comple-tandolo.

Caratteristiche principaliIl trigger programmato in NI LabView permette di acquisire direttamente al PC l’onda cardiaca, grazie all’ausilio della scheda NI-USB6251, e di proces-sarne i valori.

Il meccanismo di funzionamento è abbastanza semplice, si cerca di emulare il comportamento del trigger di Schmitt definendo due soglie e generando eventi di commutazione presso i quali è possibile operare un processo di time counting capace di contare il tempo che intercorre tra gli eventi in questione.

Questo però, in fase di progettazione, ha reso neces-sario l’implementazione di questo counter.

Time counter

namente scelte. In questo modo è stato dunque possibile definire le due soglie in maniera asim-metrica, grazie al fatto di poter intervenire anche su un’alimentazione esterna ulteriore all’interno del circuito (generatore di tensione).

Contatore hardwareL’impiego di un trigger hardware ha però reso nec-essario l’utilizzo di un altro componente fisico: una scheda di acquisizione capace di contare e misurare i periodi di un’onda quadra.

Tale supporto elettronico, resosi necessario, è rap-presentato nel nostro caso dalla scheda di acquisiz-ione NI-USB6251. Grazie a quasta apparecchiatura si è infatti potuto collegare il trigger al contatore ed il contatore all’unità centrale. In questo modo all’ingresso dell’unità centrale perviene direttamente il valore del periodo misurato, successivi calcoli por-tano poi all’estrapolazione della frequenza.

Rilevatore softwareEstrarre la frequenza utilizzando solamente elemen-ti programmati al computer è stata la linea iniziale


di prova che però non hanno dato i risultati sperati.

La quinta implementazione è stata quella capace di funzionare correttamente. Impiegando infatti due contatori elementari, l’implementazione prevede di abilitare l’uno e l’atro in sequenza ma in mani-era esclusiva. Ovvero, alla richiesta di un conteg-gio, il sistema fa partire uno dei due contatori, alla richiesta del risultato quel contatore viene resettato, il risultato visualizzato, ma il secondo contatore viene allo stesso tempo azionato. In questo modo i due contatori sono in mutua esclusione e avviano processi di counting in maniera sequenziale, prima uno e poi l’altro.

Il meccanismo di counting è stato implementato facendo utilizzo di un particolare schema logico e impiegando un componente interno al programma già capace di effettuare un processo di counting su richiesta.

Il problema principale che si presentava però era quello di riuscire ad avere un componente capace di effettuare un conteggio ti tempo in maniera differente dal normale. Infatti, dopo aver iniziato il conteggio, il dispositivo, alla richiesta del risultato (dunque all’interruzzione del conteggio), avrebbe dovuto far partire, automaticamente, un altro nuovo processo di counting. Rendere questo possibile ha richiesto del tempo ed una serie di implementazioni


sulla somministrazione di impulsi elettrici nel petto del soggetto.

Implementazione circuitaleLa progettazione del circuito di defibrillazione non è stata difficile.

Lo schema si basa fondamentalmente sull’utilizzo del modello RC.

Il circuito è composto da due anelli: un anello di carica e un anello di scarica.

L’anello di carica, quando è attivato, permette al condensatore di caricarsi e di immagazzinare una tensione.

A condensatore carico, l’attivazione dell’anello di scarica permette di convogliare la corrente elettrica sul carico cardiaco collegato a valle scaricando dunque il condensatore a monte.

Il modello preso in esame è altamente valido in quanto fornisce in uscita proprio l’impulso necessa-rio per defibrillare o per attuare un elettroshock.

I tempi di caricamento e scaricamento sono forniti dalla costante di tempo RC dei due anelli, nel secondo anello è necessario considerare che il corpo umano offre una resistenza intriseca e che questa resistenza influisce sui tempi di scaricamento.

Facendo leva sul valore della capacità del conden-satore, considerando che la resistenza umana per un adulto è all’incirca pari a 1 MegOhm, il team ha settato questi tempi per il circuito:

Caricamento: ♦ Il caricamento del condensatore impiega 0.5 secondi.

Scaricamento: ♦ Lo scaricamento del condensa-tore sul carico cardiaco impiega 0.5 secondi.

DimensionamentoE’ necessario puntualizzare alcune cose riguardo al

Questa soluzione ha permesso al team di ultimare il trigger software.

Unità elettronica di defibril-lazioneLa componente attiva di tutto il sistema è rappre-sentata dal circuito di defibrillazione.

Questo circuito rappresenta anche il punto princi-pale di contatto fra il soggetto e l’apparecchiatura, oltre all’interfaccia degli elettrodi da cui si preleva il segnale cardiaco. Il paziente infatti è soggetto ad una misurazione del suo battito cardiaco (azione passiva) ma anche ad eventuali processi con cui il sistema cerca di risolvere eventuali anomalie cardia-che riscontrate dalle misurazioni.

Il circuito di defibrillazione rende possibile con-cepire il sistema come un elemento attivo e non semplicemente volto a misurare qualcosa.

Azioni principaliIl circuito di defibrillazione agisce esattamente come ci si aspetta e come è stato descritto precedent-emente. Il suo scopo principale è infatti quello di mantenere la frequenza cardiaca entro certi livelli.

Se insorge un’anomalia cardiaca (aritmia, arresto o fibrillazione), il sistema agisce di conseguenza per eliminare l’anomalia.

Come detto precedentemente, le tre anomalie cardiache prese in esame possiedono ognuna un proprio metodo di risoluzione. Il circuito utilizza le tre tecniche analizzate.

E’ importante sottolineare che, malgrado questo compo-nente prenda il nome di “Circuito di defibrillazione“, esso in realtà è capace di gestire anche aritmie e arresti. Se si fa attenzione infatti le tre anomalie possiedono quasi lo stesso metodo di risoluzione il quale è basato


ragionare secondo delle potenze totalmente diverse, introducendo componenti capaci di supportare alte potenze e dunque dalle grandi dimensioni. L’ultimo motivo consiste nell’inesperienza dei membri del team nel trattare componenti sottoposti a così alti livelli di energia.

Quanto detto finora serve a precisare che il defibril-latore messo a punto dal gruppo di lavoro è solo un esempio a fini “dimostrativi“. La corrente espressa in uscita (sul carico cardiaco) è infatti inferiore ai 100 mAmpere, una corrente simile non potrebbe mai defibrillare un essere umano.

Side elementsIl circuito è stato dotato di alcune caratteristiche aggiuntive al fine di rendere il modello complessivo quanto più vicino alla realtà. I componenti ag-giuntivi riguardano essenzialmente meccanismi di

circuito di defibrillazione. Il dimensionamento del circuito è risultato una parte molto difficile per il gruppo di lavoro a causa dei valori incoerenti. Infatti, per poter costruire un defibrillatore capace di funzionare realmente e fare quello per cui è stato costruito, oltre a definirne lo schema circuitale, è necessario rendere quest’ultimo capace di offrire correnti di defibrillazione dell’ordine delle decine e centinaia di Ampere.

Il corpo umano è infatti in grado di avvertre correnti superiori ai 300 mAmpere. Non è stato naturalmente possibile implementare e costruire un vero e proprio defibrillatore. Le motivazioni sono molto semplici: prima di tutto le alimentazioni in tensione (tensioni fisse) capaci di offrire correnti elevate a fronte di resistenze dell’ordine dei MegOhm risultavano essere elevatis-sime, pericolose e non disponibili in laboratorio; in secondo luogo l’ntero circuito avrebbe dovuto


carico). Dall’altro lato del optoaccoppiatore è invece presente un LED (fotodiodo).

Se il condensatore è carico, in ingresso all’accoppiatore entra una corrente molto bassa capace però di stimolare il transistor interno al com-ponente; l’optocoupler dunque esprimerà in uscità una corrente che farà accendere il LED. In questo modo se il condensatore è carico il LED è acceso ed è possibile sapere con certezza se vi è una carica iniziale.

Nel caso in cui il condensatore fosse carico, è sempre possibile scaricarlo grazie alla scarica di emergenza.

Unità software centraleL’unità centrale del sistema è programmata medi-ante il software NI LabView.

Si tratta semplicemente di un componente che non possiede elementi molto significativi. L’unità infatti si limita a ricevere dati in ingresso e a processarli.

La frequenza valuatata dalla logica interna permette a questo componente di lanciare segnali al circuito di defibrillazione a cui è collegato. In caso di aritmie, fibrillazioni o arresti cardiaci l’unità centrale invia segnali elettrici digitali in uscita al circuito tentando di risolvere le anomalie.

Caratteristiche di baseL’unità centrale del sistema mediante il software NI LabView. L’unità riceve dati in ingresso e li pro-cessa. La frequenza è valutata da una logica interna e permette a questo componente di lanciare segnali al circuito di defibrillazione a cui è collegato.

In caso di aritmie, fibrillazioni o arresti cardiaci l’unità centrale invia segnali elettrici digitali in us-cita al circuito tentando di risolvere le anomalie.

Logica decisionale

sicurezza interni.

Scarica di emergenzaSi prendano in esame le seguenti situazioni:

Il circuito di caricamento viene attivato e suc- ♦cessivamente rilasciato dando origine ad un con-densatore carico; successivamente, per inosser-vanza o dimenticanza il circuito di scarica non viene abilitato ed il condensatore rimane carico.

Il circuito di caricamento, attivato, dà origine ad ♦un condensatore carico. Successivamente decade ogni motivo per scaricare l’energia sulle piastre, probabilmente per una ripresa del consueto battito cardiaco, e si ha la necessità di dover scaricare tale energia accumulata su di un altro sistema.

Queste due situazioni hanno in comune il fatto che è necessario scaricare il condensatore su di una resistenza che non sia quella cardiaca. A tal fine è stato previsto un ramo secondario che dal condensatore si dirama. Questo ramo, guardato a monte da un relay, consente, nei due casi presi in esame, di scaricare il condensatore su di un carico resistivo di emergenza non andando a perturbare il cuore del soggetto che non necessita di nessun intervento.

L’anello di scarica di emergenza è essenziale nei defibrillatori in quanto può sempre accadere di scordare carico l’apparecchio o di dover scaricare lo stesso nel momento in cui il paziente si riprende a caricamento ultimato.

Oltre alla scarica di emergenza, il circuito è stato dotato di un sistema capace di rilevare la presenza di carica nel condensatore.

Si tratta fondamentalmente di un optocoupler collegato al condensatore. In ingresso al optoaccop-piatore viene inserito il condensatore collegato ad un’opportuna resistenza dal valore molto alto (per evitare di scaricare il condensatore qualora fosse


condizione di aritmia. In tal caso occorrerà defibril-lare.

Una trattazione a parte ha richiesto la fibrillazi-one. Si parla di fibrillazione quando le frequenze cardiache sono totalmente scorrelate tra di loro. Per affrontare questo problema le frequenze cardiache in ingresso sono state raccolte in un array.

E’ stato quindi calcolato il valore max e min degli elementi dell’array e la media tra questi due valori. Parallelemente è stata calcolata la media tra tutti gli elementi dell’array. Se la differenza tra questi due valori è maggiore di una soglia che abbiamo euristi-camente stimato allora il paziente è in fibrillazione e viene attivato il circuito di defibrillazione.

La logica decisionale prende in considerazione le di-verse cardiopatie quali aritmie e fibrillazioni, soprat-tutto è stato importante rilevare quando il paziente ha anomalie per brevi periodi e torna rapidamente allo stato di normalità. In tal caso infatti non si parla di anomalie cardiache e non è necessario interve-nire.

Se la frequenza rimane anomala per un certo numero di secondi allora si parla di tachiaritmia o bradiaritmia e in tal caso occorrerà defibrillare. Per verificare che la frequenza rimane anomala lungo un certo intervallo di tempo abbiamo verificato la condizione di anomalia per un certo set di fre-quenze in ingresso e raccolto in un array i booleani corrispondenti.

Questo array di booleani è stato successivamente convertito in un array di (0,1). I vari elementi sono stati poi sommati e la somma divisa per il numero di elementi dell’array. Se il valore che ne risulta è 1, evidentemente tutti i valori dell’array verificavano la

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4 Conclusioni finali del gruppo di lavoro sul progetto

Il progetto per la progettazione di un sistema di feedback cardiaco è stato iniziato ad Ottobre 2008 e ha visto il suo termine a Gennaio 2009.

Il gruppo di lavoro ha operato sul progetto per un periodo complessivo di quattro mesi.

Puntualizzazioni del gruppo su alcuni aspetti del progettoIl gruppo di lavoro desidera mettere in chiaro alcuni aspetti fondamentali riguardanti il progetto messo a punto.

Come prima cosa si vuole chiarire meglio quale sia il vero scopo per cui è stato portato a termine il progetto in questione. Il principale fine, infatti, per cui il team ha operato sul sistema di feedback cardiaco è stato quello di mettere a punto una struttura innovativa sul mer-cato delle tecnologie informatiche ed elettroniche nel campo medico. L’innovatività non risiede tanto nel fatto di aver costruito un defibrillatore, cosa che è oggi molto comune, ma tanto nel fatto di aver progettato un sistema autonomo in grado, autono-mamente, di gestire situazioni di emergenza.

Anche in questo caso è necessario puntualizzare che il sistema sviluppato NON E’ STATO IDEATO PER SOSTITUIRSI ALL’UOMO, bensì è stato progettato per fornire un aiuto temporaneo e con-tingente in attessa dell’arrivo di personale medico competente.

E’ stato infatti dimostrato che una vasta percentuale di decessi per cause cardiache, in Italia e nel mondo, avviene per colpa del ritardo degli aiuti medici.

Il sistema è progettato infatti anche per persone affette da gravi cardiopatie. Qui il monitoraggio costante è essenziale e l’eventualità di un’anomalia cardiaca, il suo verificarsi, è altamente probabile.

A questo scopo, un’apparecchiatura come quella qui progettata potrebbe perfettamente intervenire in caso di emergenza e fornire un first aid al soggetto prolungandone il tempo di vita e diminuendo il rischio di decesso per ritardo dei soccorsi.

Questa è l’idea che ha mosso il gruppo di lavoro durante tutto il periodo di progettazione e sviluppo.

Obiettivi e conclusioniIl gruppo di lavoro, a scadenza sopraggiunta, si ritiene soddisfatto per aver portato a termine la grandissima parte dei propositi inziali e delle idee aggiunte nel futuro.

Aspettative, e spunti dall’attività svoltaIl gruppo di lavoro ha avuto la possibilità di ap-prendere nuove informazioni in campo medico e nell’ambito scientifico ristretto alla facoltà di Ingegneria.

Durante questi quattro mesi le nuove conoscenze


acquisite, le esperienze portate a termine ed il lavoro ultimato con successo hanno contribuito ad aumen-tare il bagaglio culturale dei membri del team.

E’ STATA SEMPRE INTENZIONE DEL GRUPPO DI LAVORO PORTARE A TER-MINE UN PROGETTO CHE NON FOSSE FINE A SE’ STESSO O CHE AVESSE PURI FINI DIDATTICI.

IL SISTEMA DI FEEDBACK CARDIACO RAPPRESENTA UNA CONCEZIONE DI-VERSA DI INTENDERE I SISTEMI INFOR-MATICI ED ELETTRONICI A SUPPORTO DELLE STRUTTURE MEDICAL PURPOSE E DEI SOGGETTI AFFETTI DA GRAVI CARDIOPATIE.

IL GRUPPO DI LAVORO

Progetto di Misure Elettroniche - A. A.: 2008 - 2009. Gruppo di lavoro: Andrea Tino, Antonino Scaffidi, Salvatore Rinaudo, Maria Catena Pitrella

Technology

Cardiac Control and Monitoring System - Sistema di Controllo e Regolazione Cardiaca