La salute cardiaca si avvale del digitale con una nuova frontiera di monitoraggio: la sismocardiografia. Un cerotto hi-tech, una patch in silicone che registra i movimenti del cuore e offre un quadro dettagliato della sua funzione, potrebbe rivoluzionare il modo in cui affrontiamo le malattie cardiovascolari.
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Il digitale aiuta anche il cuore
Grazie al digitale, attività complesse e operazioni che un tempo richiedevano sforzi considerevoli sono diventate semplici e accessibili con un semplice clic.
Dispositivi indossabili come smartwatch, smartphone e indumenti intelligenti sono diventati dei veri e propri alleati nella gestione della salute, in grado di misurare la frequenza cardiaca, monitorare lo stress e persino effettuare un elettrocardiogramma (ECG) in pochi istanti. Questa autonomia nel monitorare la propria salute sta cambiando il modo in cui affrontiamo anche le sfide legate alla prevenzione in ambito cardiologico.
Le malattie cardiovascolari rimangono infatti la principale causa di morte a livello globale, ma spesso si sviluppano in modo asintomatico, senza sintomi evidenti. Il monitoraggio costante e la prevenzione diventano quindi fondamentali per la salute cardiaca.
La sismocardiografia: una nuova frontiera del monitoraggio cardiaco
Per affrontare questa sfida, il team di ricercatori ingegneri biomedici afferenti all’Unità di Automatica e Misure e Strumentazione Biomedica dell’Università Campus Bio-Medico di Roma si è impegnato nello sviluppo di soluzioni innovative per il monitoraggio prolungato, accurato e confortevole dell’attività cardiaca.
Le tecnologie tradizionali, come l’ECG, la fotopletismografia (PPG) o il fonocardiogramma, seppur preziose, offrono informazioni discrete e non continuative dello stato di salute cardiaca e sugli eventi all’interno del cuore.
Per rispondere a questa sfida, è stato sviluppato un sistema indossabile per effettuare la sismocardiografia (SCG), una tecnica innovativa che permette di registrare le vibrazioni microscopiche generate dall’attività meccanica del cuore sulla superficie del torace. Così come l’ECG, il segnale SCG ha una serie di picchi e valli che corrispondono a eventi fisiologici chiave della meccanica cardiaca, come l’apertura e la chiusura delle valvole cardiache. Questo significa che il segnale SCG permette, se acquisito in modo accurato, di fornire informazioni dettagliate sull’efficacia e l’efficienza dell’attività cardiaca di pompaggio di sangue o del riempirsi dopo ciascuna contrazione.
Piccoli accelerometri o, più recentemente, fibre ottiche delle dimensioni di un capello possono essere utilizzati per monitorare il segnale SCG attraverso sistemi indossabili in modo confortevole e non invasivo.
Un cerotto hi-tech per il cuore: la patch in silicone
La squadra di ricercatori del Campus Bio-Medico di Roma ha sfruttato la tecnologia in fibra ottica per la sensorizzazione di una patch flessibile in silicone applicabile sul torace del paziente come un cerotto. Questa tecnologia combina comodità e precisione per un monitoraggio cardiaco avanzato.
Tuttavia, nonostante le promettenti potenzialità della sismocardiografia, esistono ancora sfide da affrontare. Uno dei principali limiti è la mancanza di un protocollo standardizzato che garantisca la coerenza e la ripetibilità dei segnali in misurazioni ripetute. Sebbene siano stati individuati vari punti di misura sul torace che forniscono buoni risultati, finora non è mai stato condotto uno studio comparativo ben strutturato per stabilire quale sia il migliore sito.
Per questo motivo, dopo aver fabbricato la patch sensorizzata, è stato sviluppato un algoritmo e un protocollo sperimentale per individuare la posizione ideale che garantisse una misura accurata del segnale SCG.
La metodologia
Nel dettaglio, la metodologia proposta si concentra sull’individuare la posizione ottimale del sensore basandosi sulla somiglianza delle forme d’onda dei segnali SCG registrati e, di conseguenza, sull’affidabilità delle misurazioni effettuate. Lo studio sperimentale ha preso in considerazione due posizioni del sensore, una vicina alla valvola mitrale e l’altra a quella aortica, che sembrano promettenti per la registrazione del segnale SCG. La metodologia è stata testata su 11 volontari sani di diverse età.
È stata utilizzata una tecnica basata su grafi per determinare la posizione più promettente, in base alla somiglianza delle forme d’onda tra i segnali registrati nelle due posizioni in tre diverse posizioni: da sdraiato, seduto e in piedi. Da ogni segnale è stato estratto un grafo utilizzando la tecnica k-nn (k-nearest neighbor): a ciascun campione è stato associato un nodo, e un collegamento pesato ha unito i nodi più vicini. L’energia dell’intersezione di questi grafi è stata utilizzata come misura di somiglianza tra i segnali. Questo processo è stato eseguito per tutte le coppie di segnali in ogni gruppo.
È stato quindi ottenuto un punteggio di somiglianza tra grafi (GSS – Graph Similarity Score) che esprime la ripetibilità delle misurazioni in ciascuna posizione. I risultati hanno dimostrato che la maggiore ripetibilità delle misurazioni si ottiene con il sensore posizionato vicino alla valvola mitrale. Questi risultati sulla posizione ottimale sono stati confermati dall’analisi delle informazioni fisiologiche e si sono dimostrati indipendenti dal tipo di sistema utilizzato.
Questi risultati rappresentano un notevole progresso nell’ottimizzazione del posizionamento del sensore nella sismocardiografia indossabile, aprendo nuove possibilità per il monitoraggio cardiaco. La valvola mitrale, infatti, è un punto anatomico facilmente identificabile, il che semplifica il posizionamento del sensore.
Conclusioni
La combinazione di tecnologia innovativa e algoritmi sofisticati sembra aprire nuove prospettive per l’applicazione della sismocardiografia, offrendo strumenti avanzati per il monitoraggio cardiaco. Con prospettive future incentrate sull’applicazione di questa metodologia ai dati dei pazienti con problemi cardiologici, ci proponiamo di rendere questa tecnica utilizzabile nella pratica clinica, fornendo strumenti più efficaci ed efficienti per il monitoraggio delle condizioni di salute dell’uomo e per la sua prevenzione.
Per approfondimenti, si rimanda all’articolo scientifico
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