MONITOR OTTICO DELLA PRESSIONE SANGUIGNA RISULTATI PRELIMINARI Ferla Giuseppe, STMicroelectronics Catania Maugeri Domenico Università Catania Carnazzo Giuseppe ASP Catania Busacca Alessandro Università Palermo Giaconia Costantino Università Palermo Fallica Giorgio STMicroelectronics Catania Napoli, 60° Congresso Nazionale 25-28 Novembre 2015

Caratteristiche ottiche del corpo umano Sommario Caratteristiche ottiche del corpo umano Applicazioni dell’ottica nel vicino infrarosso Pulse Wave Velocity e Pulse Transit Time Il nostro sistema Primi risultati Conclusioni 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Caratteristiche ottiche del corpo umano Il corpo umano nel vicino infrarosso è relativamente trasparente 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Coefficiente di estinzione dell’emoglobina Punto isosbestico 797nm Hemoglobin in blood, 150gr/L. Hemoglobin molar weight, 64.000 dalton. Concentrazione molare, 2.34 mMol/L. Quindi nel punto isosbetico e=800 (cm-1/(mole/litro)). A=800x 2.34E-3xth Per un’attenuazione di 10 occorono 5.3 mm di sangue A 800 nm, 5.3 mm di sangue danno un’attenuazione di un fattore 10 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Lo stato dell’arte 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology Felix Scholkmann,2014,Zurich 25/01/2015 G. Ferla

I punti di forza del nostro sistema 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Il nostro sistema 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Il microcontrollore STM32F407vg prodotto da STMicroelectronics Processore ARM Cortex-MF a 32 bit Frequenza di clock 168 MHz Unità FP a singola precisione e set di istruzioni DSP 3 Adc con risoluzione 12 bit e 2.4 Mps 2 AC con risoluzione 12 bit 2 controllori DMA 15 interfacce di comunicazione 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

La scheda di misura 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Confronto SiPM e fotodiodo Notte senza luna, con cielo nuvoloso 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Il modello di Moens- Korteweg 243 pagine 25-10-2015 G. Ferla

Il modello di Moens- Korteweg e modifica di Bramwell-Hill Il legame fra PWV e pressione Il modello di Moens- Korteweg e modifica di Bramwell-Hill 𝑷𝑾𝑽= 𝑬𝒉 𝟐𝝆𝑹 = ∆𝑷∙ 𝑽 ∆𝑽 25-10-2015 G. Ferla

Misure non invasive della pressione PWV Pulse Wave Velocity Carotide Arteria femorale R. Asmar et all Hypertension Vol 26 No 3 September 1995 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Studio su 2000 danesi per 10 anni. Campione diviso in quintili. La velocità maggiore di 13 m/sec comporta il raddoppio del rischio di mortalità. 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Analisi ECG 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Definizioni utilizzate per analisi ECG 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

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Variazione di QRS con la respirazione 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Determinazione del PTT 1/2 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Determinazione del PTT 2/2 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Il segnale ECG e PPG 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Respirazione e frequenza cardiaca 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

I segnali ECG e PPG in un ciclo di respirazione 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Segnale PPG durante l’espirazione 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Segnale PPG durante l’inspirazione 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Effetti dell’esercizio fisico sulla pressione 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Conclusioni Monitor ottico della pressione sanguigna L’uso del segnale PPG ha notevoli vantaggi sui precedenti sistemi: la possibilità di determinare con una sola misura sia il volume di sangue che la sua saturazione Sono stati mostrati i primi risultati ottenuti con un sistema facilmente integrabile e portatile: 1) La misura di PTT (Pulse Transit Time) 2) La misura del PEP (Pre Ejection Period) Notevoli miglioramenti sono fattibili e sono in corso di implementazione Si possono ricavare molti dati di fisiologia 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Ringraziamenti I molti studenti e post-doc che partecipano alla ricerca: in particolare D. Agrò, R. Pagano ed E. Sciuto I colleghi di ST e del CNR, IMM: S. Grutta, S. Rinaudo e S. Lombardo I prof Sergio Castorina e Vincenzo Perciavalle dell’Università di Catania I dott della clinica Morgagni ed in particolare il dott Luigi Cannamela I colleghi sportivi di ST per tutte le prove ed i dati forniti: N. Guardo, S. Sueri, C. Privitera et all La direzione ST di Catania: F. Caizzone e S. Coffa 60o Congresso SIGG Napoli 26 Novembre 2015 Monitor ottico della pressione sanguigna: risultati preliminari

Grazie dell’attenzione! Walk of Life: Catania 2015 http://giuseppeferla.blogspot.co.uk/ Grazie dell’attenzione!