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   Responsabile: Pietro Bartolini
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Ingegneria Biomedica, Biomateriali e Dispositivi Medici

Acquisizione ed elaborazione di segnali di interesse cardiovascolare

Lo studio del comportamento dei sistemi biologici è possibile anche mediante opportune metodologie e tecniche di elaborazione dei segnali prelevabili. L’analisi dei segnali permette di ottenere informazioni più oggettive, quantitative e risultati ripetibili dalle osservazioni e misure effettuate in ambito medico-biologico. Lo scopo ultimo di queste metodologie è l’utilizzo dei risultati delle analisi per scopi clinici, sia in fisiologia che fisiopatologia, nell'ambito di procedure diagnostiche e terapeutiche.
L’acquisizione ed elaborazione di segnali cardiaci endocavitari multisito ha permesso di estrarre indici e mappe di organizzazione e di sincronismo dell’attività elettrica cardiaca durante fibrillazione atriale e dopo cardioversione interna.
Sono stati anche sviluppati algoritmi di classificazione e riconoscimento delle onde elettrocardiografiche di superficie in pazienti a rischio di fibrillazione atriale. Diverse procedure di pre-elaborazione, basate su particolari algoritmi di allineamento e di media sincronizzata delle onde elettrocardiografiche in particolare sono disponibili per l’estrazione di onde P di adeguata qualità.
Metodi lineari quali l’analisi nel dominio della frequenza e metodi non lineari come il fitting Gaussiano e la stima dell’entropia sono stati applicati ai segnali di onda P, al fine di estrarre indici di predizione della fibrillazione atriale e di migliorare la stratificazione del rischio.
L’analisi della variabilità cardiaca rappresenta una consolidata metodologia di studio per la valutazione del sistema nervoso autonomo sulla regolazione dell’attività cardiaca. In questo ambito sono state messe a punto metodiche lineari e non lineari di elaborazione dei segnali elettrocardiografici e di pressione arteriosa. L’analisi di questi segnali ha permesso in particolare di stimare il miglioramento emodinamico indotto da pacemaker di ultima generazione capaci di modulare la frequenza cardiaca. Ancora l’attività di ricerca ha permesso la verifica di correlazioni tra i segnali di variabilità cardiaca e i dati biochimici utili a valutare lo stato di stress post-chirurgico, durante sessioni di cardiochirurgia fetale sperimentale in vivo su animale. Nelle stesse sedute sono stati sviluppati algoritmi per il calcolo delle dimensioni frattali dei segnali di pressione ventricolare fetale per poter rilevare e quantificare in linea la reazione da stress all’applicazione di sistemi meccanici di circolazione assistita.
Un ulteriore attività è volta allo studio dei segnali acustici di protesi valvolari meccaniche in vitro, mediante acquisizione del tracciato acustico dello stato di funzionalità della protesi impiegato per valutare possibili alterazioni riconducibili, ad esempio, alla formazione di trombi. Per tale scopo sono state impiegate metodologie basate sull’analisi tempo-frequenza, trasformata wavelet e mappe di ritorno (Poincarè).
La dotazione strumentale a disposizione include un sistema di mappaggio del segnale elettrocardiografico ad alta risoluzione spaziale (32 elettrodi) e temporale (frequenza di campionamento 2048 Hz, bit di risoluzione 24), un sistema per la misura continua e non-invasiva del segnale di pressione arteriosa, un sistema di monitoraggio Holter digitale (500Hz, 12bit), un simulatore del segnale elettrocardiografico.
Gli algoritmi sono sviluppati in ambiente Matlab e/o utilizzando il software Labview.

Chi siamo:
Pietro Bartolini (Dirigente di Ricerca)
Mauro Grigioni (Primo Ricercatore)
Carla Daniele (Primo Ricercatore)
Giovanni Calcagnini (Ricercatore)
Federica Censi (Ricercatore)
Giuseppe D’Avenio (Ricercatore)

Pubblicato il 08-10-2006 in Ingegneria Biomedica, Biomateriali e Dispositivi Medici , aggiornato al 13-05-2013

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