In questo articolo vediamo nel dettaglio i sensori per il monitoraggio della salute (healthcare) e il fitness.
Sensori per il monitoraggio della salute e il benessere psico-fisico
I dispositivi indossabili si sono evoluti da semplici contapassi in grado di tracciare le attività basilari e i livelli di forma fisica a soluzioni di monitoraggio complete in grado di analizzare tutti i parametri vitali del corpo umano. Ciò è stato possibile grazie agli sviluppi tecnologici di determinate tipologie di sensori (ottici, di biopotenziali ed elettrochimici), che si sono evoluti a un punto tale da consentirne l’utilizzo anche in ambito clinico. Nel momento in cui questi sensori sono in grado di connettersi in modalità wireless al cloud, gli operatori sanitari possono monitorare i pazienti da remoto e ridurre il numero di visite in loco, allentando notevolmente la pressione sui sistemi sanitari.
Sensori ottici
I sensori ottici permettono di applicare una tecnica molto semplice ed economica, denominata fotopletismografia (PPG) che può essere utilizzata per rilevare le variazioni del volume di sangue all’interno dei tessuti. I pulsossimetri impiegano questa tecnica per misurare la frequenza cardiaca, il ritmo respiratorio e la saturazione dell’ossigeno nel sangue, un indicatore importante del grado di funzionalità respiratoria di una persona. Un dispositivo di questo tipo è il modulo sensore ottico integrato MAX86916 di Analog Devices/Maxim Integrated, che integra LED in grado di emettere luce con lunghezze d’onda differenti nello spettro visibile (colori). Questa luce illumina i vasi sanguigni sotto la pelle (tipicamente nel polso o nel dito). Un fotodiodo integrato rileva il segnale riflesso, generando un segnale elettrico proporzionale alla quantità di luce rilevata. La quantità di luce riflessa è proporzionale alla quantità di ossigeno nel sangue. Il segnale viene elaborato da un microcontrollore che esegue algoritmi specializzati, come, ad esempio, l’hub sensore biometrico a bassissimo consumo MAX32664 di Analog Devices/Maxim Integrated (Figura 1).Ulteriori algoritmi sono stati sviluppati per consentire letture accurate della pressione sanguigna mediante sensori da applicare sulla punta delle dita.
Figura 1: Hub sensore biometrico a bassissima dissipazione MAX32664 di Analog Devices/Maxim Integrated
Sensori di biopotenziali
Questa tipologia di sensori rileva i segnali elettrici, o tensioni, generati da processi fisiologici che si verificano all’interno del corpo umano. Tali segnali vengono rilevati mediante due (o più) elettrodi posti a contatto con il corpo umano. I sensori di biopotenziali vengono utilizzati nei dispositivi e nelle apparecchiature medicali per eseguire diversi tipi di letture elettriche, tra cui:
- Elettrocardiografia (ECG/EKG), una rappresentazione grafica dell’attività elettrica del cuore. Un ECG fornisce informazioni sulla frequenza cardiaca (HR – Heart Rate) e sulla sua variabilità (HRV – HR Variability) consentendo ai medici di generare un quadro complessivo sullo stato di salute del muscolo cardiaco. La scheda ECG 6 Click di MikroE integra il modulo biosensore MAX86150 di Analog Devices/Maxim Integrated, che include sensori di biopotenziali per misurare l’ECG e la frequenza cardiaca. Questa piattaforma rappresenta un punto di partenza eccellente per tutti gli sviluppatori che intendono integrare funzionalità EGC e HR in dispositivi per il monitoraggio della forma fisica, in prodotti indossabili, in smartphone e tablet.
- Elettromiografia (EMG), una procedura diagnostica utilizzata per valutare la salute dei muscoli e delle cellule nervose che li controllano.
- Elettroencelografia (EEG), che registra l’attività cerebrale e viene utilizzata nella diagnosi delle condizioni neurologiche.
Sensori elettrochimici
Questi sensori utilizzano la spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS – Electrochemical Impedance Spectroscopy) per interpretare l’attività elettrica causata dalle reazioni chimiche del corpo umano. Questa tecnica utilizza minuscoli elettrodi inseriti nella superficie della pelle per analizzare la composizione del sudore e rilevare carenze di minerali e squilibri chimici. Tra le recenti applicazioni in campo sanitario dei dispositivi indossabili basate su questi sensori, sono da menzionare i dispositivi di monitoraggio della glicemia, che controllano su base continuativa i livelli di zucchero nel sangue dei pazienti affetti da diabete. Le letture vengono trasmesse in modalità wireless ai telefoni cellulari dei pazienti per avvisarli se devono procedere o meno alla somministrazione dell’insulina. In futuro, i dispositivi di monitoraggio del glucosio si collegheranno in modalità wireless a una pompa di insulina indossabile, erogando automaticamente la dose necessaria per il paziente.
Conclusioni
Grazie agli sviluppi nella tecnologia dei sensori biometrici, le misure hanno raggiunto un grado di accuratezza da consentirne l’impiego nei dispositivi e nelle apparecchiature per uso clinico, trasformando in modo radicale l’erogazione dei servizi di assistenza sanitaria.
Il prossimo e ultimo articolo di questa serie illustrerà il ruolo dei sensori nella trasformazione dell’industria alimentare, attraverso un’agricoltura sempre più intelligente.
Per informazioni clicca qui
Testo originale di Mark Patrick, Mouser Electronics
 e il fitness.){kind=link}