Design and integration of a home telemonitoring system for chronic respiratory patients

This Thesis is about a home telemonitoring system for patients affected by chronic respiratory diseases, developed as a part of the 5G Trial of Vodafone Italia in cooperation with Politecnico di Milano. The sensor system is composed of three devices: the AirGo™ band, used to measure the respiratory signal and identify the activity, an environmental sensor able to monitor nine parameters and a finger pulse oximeter. When measuring the respiratory signal, the AirGo™ band outputs a value corresponding to the abdominal rib cage movement in arbitrary units, therefore until today it has only been possible to obtain relative, not absolute, measures of the volumes. Instead, the environmental sensor monitors some parameters, but in order to integrate it in the system it was chosen not only to send data, but also to warn if some values are sub-optimal or dangerous. In particular, this work introduces a linear calibration method of the tidal volume through a comparison with a spirometer starting with the raw data given by the AirGo™ band and introduces a postural correction factor after a comparison between horizontal and vertical postures. Furthermore, an alert system on the trends of the environmental parameters in time is presented, in order to inform on possible criticalities or non-optimal situations inside the home environment. With the implemented calibration method, the values of tidal volume and of the parameters derived from it are compatible with physiological values and the combined system constituted by the band and the environmental sensor has proven to be functioning and promising for future developments.

Questa Tesi tratta di un sistema di telemonitoraggio domestico per pazienti affetti da malattie respiratorie croniche, sviluppato nell’ambito della Sperimentazione 5G di Vodafone Italia in collaborazione con il Politecnico di Milano. Il sistema di sensori è composto da tre dispositivi: la fascia AirGo™, utilizzata per misurare il segnale respiratorio e riconoscere l’attività, un sensore ambientale capace di monitorare nove parametri e un pulsi ossimetro da dito. Quando misura il segnale respiratorio, la fascia AirGo™ restituisce un valore corrispondente agli spostamenti della cassa toracica addominale in unità arbitrarie, pertanto fino ad oggi è stato solo possibile avere misure relative e non assolute dei volumi. Il sensore ambientale, invece, monitora dei parametri, ma per integrarlo nel sistema si è scelto non solo di inviare i dati, ma anche di segnalare se vi sono valori non ottimali o pericolosi. In particolare, questo lavoro presenta un metodo di calibrazione lineare del volume corrente mediante confronto con uno spirometro a partire dai dati grezzi forniti dalla fascia AirGo™ e introduce un coefficiente correttivo posturale a valle di un confronto tra posture orizzontali e verticali. Inoltre, si presenta un sistema di allarme sui trend dei parametri ambientali nel tempo in modo da informare su possibili criticità o situazioni non ottimali all’interno dell’ambiente domestico. Con il metodo di calibrazione implementato si ottengono valori di volume corrente e dei parametri da esso derivati compatibili con valori fisiologici e il sistema combinato costituito da fascia e sensore ambientale si è dimostrato funzionante e promettente per sviluppi futuri.