Sviluppo di un sistema innovativo multi-segmento, multi-canale e multi-frequenza per la misura dell'impedenza corporea

Bioelectrical Impedance Spectroscopy (BIS) allows assessing the composition of body districts noninvasively and quickly, potentially providing important physiological and clinical information. However, neither portable commercial instruments nor more advanced wearable prototypes simultaneously satisfy the demanding needs of unobtrusively tracking body fluid shifts in different segments simultaneously, over a broad frequency range, for long periods and with high measurements rate. These needs are often required to evaluate exercise tests in sports or rehabilitation medicine, or to assess gravitational stresses in aerospace medicine. Therefore, the wearable prototype for monitoring multi-segment, multi-channel and multi-frequency BIS unobtrusively over long periods realized by Politecnico di Milano is truly innovative for scientific research and deserves special attention to improve it further. The device guarantees low weight, small size and low power consumption. An analog board with current-injecting and voltage-sensing electrodes across three body segments interfaces a digital board, based on a Digital Signal Processor, that generates square-wave current stimuli and computes impedance at frequencies from 1 to 796 kHz. The aim of this work is to enhance the potential of this BIS system further, making it independent of an external power supply and a compiler for saving measurement data. In particular, the possibility to save data on SD and to be autonomous through a polymer lithium ion battery has been added to the previous prototype. To obtain better performances in this field, a new prototype has been designed that consolidates the capabilities of the previous system and solves the design problems of the analog board.

La spettroscopia di impedenza bioelettrica (BIS) consente di valutare la composizione dei distretti corporei in modo non invasivo e rapido, fornendo potenzialmente importanti informazioni fisiologiche e cliniche. Tuttavia, né gli strumenti commerciali portatili né i prototipi indossabili più avanzati soddisfano simultaneamente le esigenze di misurare la bio-impedenza in segmenti diversi simultaneamente, su un ampio intervallo di frequenze, per lunghi periodi e con un alto tasso di misurazione. Queste richieste sono spesso necessarie per valutare i test di esercizio in medicina sportiva o riabilitativa o per valutare gli stress gravitazionali nella medicina aerospaziale. Pertanto, il prototipo indossabile per monitorare la BIS in modo multi-segmento, multi-canale, multi-frequenza e per lunghi periodi sviluppato dal Politecnico di Milano risulta veramente innovativo per la ricerca scientifica e meritevole di un’attenzione particolare per migliorarlo ulteriormente. Il dispositivo garantisce peso ridotto, dimensioni minime e basso consumo energetico. Una scheda analogica con elettrodi di iniezione e di rilevamento della corrente su tre segmenti del corpo si interfaccia con una scheda digitale, basata su un Digital Signal Processor, che genera stimoli di corrente ad onda quadra e calcola l'impedenza per frequenze da 1 a 769 kHz. L’obiettivo di questo lavoro è di esaltare ulteriormente le potenzialità di questo sistema BIS, rendendolo indipendente da una alimentazione esterna e da un compilatore per il salvataggio dei dati delle misure. In particolare al prototipo precedente è stata aggiunta la possibilità di salvare i dati su SD e di essere autonomo grazie a una batteria polimerica agli ioni di litio. Con lo scopo di ottenere sempre migliori prestazioni in questo ambito, è stato progettato un nuovo prototipo che consolidi le capacità del sistema precedente e risolva un problema progettuale della scheda analogica.