VITAL-ECG: a portable wearable hospital

VITAL-ECG è uno smartwatch, sviluppato per eseguire i piu’ frequenti controlli dei parametri vitali attraverso un dispositivo “one touch”, utilizzabile ovunque, a basso costo.

“One touch” perché la persona post-operatoria non deve essere un esperto in dispositivi medici e il nostro smartwatch medico può essere utilizzato con un solo dito. Ovunque, perché può vivere lontano dall’ospedale. Basso costo, perché chiunque può permettersi di usarlo.

VITAL-ECG è un braccialetto intelligente basato sull’ECG-WATCH, un progetto precedentemente sviluppato, che, oltre all’ECG, registra la saturazione arteriosa dell’ossigeno (SpO₂), la temperatura, l’umidità della pelle e l’attività fisica di un soggetto. I dati acquisiti vengono quindi visualizzati e memorizzati su uno smartphone e condivisi con un centro medico remoto come, ad esempio, un ospedale. Infine, utilizzando algoritmi di Machine Learning, è in grado di rilevare anomalie nello stato del paziente e segnalare i problemi a uno staff medico tramite smartphone o tablet.

 

 

 

 

Più in dettaglio, il sistema è stato progettato per soddisfare i seguenti requisiti:

• Acquisizione di tutte e tre le derivazioni periferiche del triangolo di Einthoven in modalità di acquisizione singola, semplicemente spostando il dispositivo dal polso alla caviglia o all’altro polso;

  

• Rilevamento di eventi di fibrillazione atriale;
• Sensore di temperatura e umidità attraverso sensori MEMS ad alta risoluzione, bassa potenza e basso- rumore;
• Misurazione della saturazione arteriosa dell’ossigeno;
  
•  Utilizzo della tecnologia Bluetooth 4.0+ che consente al dispositivo di comunicare con smartphone e tablet in modalità a basso consumo;
• Batteria al litio ricaricabile;
• Sistema di ricarica micro-USB, che consente il caricamento del dispositivo tramite caricatore mobile standard.

 

Per monitorare i parametri vitali del soggetto, è necessario montare sulla stessa scheda molti sensori diversi che comunicano con il microcontrollore. Solo il front-end ECG emette un segnale analogicoche è gestito dall’ADC interno del microcontrollore. L’integrazione di un ricetrasmettitore Bluetooth sulla scheda consente al circuito di comunicare i dati direttamente a uno smartphone, riducendo drasticamente la memoria necessaria per acquisire diverse analisi.

Machine Learning: riconoscimento anomalie

Avere tutti questi sensori diversi su un singolo dispositivo è un’incredibile fonte di informazioni sullo stato di salute di una persona. In primo luogo, consente il monitoraggio di diversi parametri vitali allo stesso tempo, il che significa avere la possibilità di guardare lo stesso soggetto da diverse prospettive. In secondo luogo, è possibile utilizzare le informazioni raccolte da un sensore per perfezionare una misura da un altro. Infine, queste informazioni, raccolte dai diversi sensori, possono essere aggregate per saperne di più sulle condizioni di salute del soggetto. Questo è esattamente lo stesso approccio che i medici usano quotidianamente per eseguire le diagnosi.

Per questo motivo, VITAL-ECG è stato dotato di un algoritmo intelligente, che, in tempo reale, combina tutte le misurazioni dei sensori e li elabora per ottenere segnali di alta qualità. Infatti, avere un segnale privo di rumore con le onde R, S, T e P correttamente identificate, è obbligatorio per rilevare automaticamente anomalie nello stato del paziente e segnalarlo al personale medico.

Dopoil preprocessing , c’è la fase di features extraction. Il risultato di quest’ultima viene utilizzato per addestrare la rete neurale artificiale al fine di rilevare diverse condizioni cardiache: sano, bradicardia, tachicardia, fibrillazione atriale ed extrasistoli.

Per questo scopo, è stata scelta una multy-layer  feed-forward ANN (Artificial Neural Network) .

Conclusioni

Diversi parametri vitali del paziente sono monitorati per garantire il suo stato di salute. Questi controlli richiedono generalmente diversi strumenti medici e un letto di ospedale. Inoltre, i pazienti dovrebbero essere vicino a una persona con esperienza medica per poter leggere correttamente i risultati. Il sistema VITAL-ECG evita questa situazione e fornisce un’alternativa valida per monitorare lo stato di salute del paziente.

Il confronto con un monitor multiparametrico tradizionale ha dimostrato che VITAL-ECG può essere utilizzato come dispositivo medico; quindi, è un validostrumento che i medici e gli ospedali possono utilizzare per monitorare i pazienti da remoto.

I lavori futuri riguarderanno un miglioramento del dispositivo sia dal punto di vista hardware che software. Nuovi sensori saranno aggiunti per misurare la pressione sanguigna, il sudore e il mood/stress del paziente. L’algoritmo di rilevamento delle anomalie verrà migliorato per  permettere il rilevamento di più patologie o di pre-cursori delle malattie.