Wearable sensors for remote monitoring of respiratory parameters : applications in human and veterinary medicine

Monitoring of respiratory parameters is very important in order to evaluate a wide range of pathologies on different patients. In addition, they can also be used for the assessment of sports performance and the occurrence of serious events. Wearable electronic devices are able to perform the measurement of these parameters in a noninvasive manner, with high patient comfort. RespirHò is a wireless wearable device composed of three inertial measurement units. Each unit is in turn composed of a triaxial accelerometer, a triaxial gyroscope, and a triaxial magnetometer. Two units are placed on the chest and abdomen, respectively, while the third, called the reference unit, is placed at a point not subject to respiratory movements. The measurement is made by the recognition of respiratory movements by the chest and abdominal unit, from whose signal is subtracted that of the reference unit, which detects all trunk movements. The respiratory signal is thus obtained. The work of this thesis is aimed at evaluating the applicability and the performances of such measurement systems in different applications in human and veterinary medicine. The applications are different from each other and were made possible thanks to the collaboration with the University of Turin for human medicine and with the University of Perugia for veterinary medicine. The first two collaborations are aimed at remote monitoring of the respiratory rate of patients admitted to intensive care and animals undergoing clinical examinations or surgery, respectively. In both cases, a mechanical ventilator and/or multiparametric monitor is used as the gold standard. Finally, tests have been conducted regarding the recognition of sleep apnoea.

Il monitoraggio dei parametri respiratori è molto importante per valutare un'ampia gamma di patologie su diversi pazienti. Inoltre, può essere utilizzato anche per valutare le prestazioni sportive e il verificarsi di eventi gravi. I dispositivi elettronici indossabili sono in grado di eseguire la misurazione di questi parametri in modo non invasivo, con un elevato comfort per il paziente. RespirHò è un dispositivo indossabile wireless composto da tre unità di misura inerziali. Ogni unità è a sua volta composta da un accelerometro triassiale, un giroscopio triassiale e un magnetometro triassiale. Due unità sono posizionate rispettivamente sul torace e sull'addome, mentre la terza, detta unità di riferimento, è collocata in un punto non soggetto a movimenti respiratori. La misurazione avviene attraverso il riconoscimento dei movimenti respiratori da parte dell'unità toracica e addominale, dal cui segnale viene sottratto quello dell'unità di riferimento, che rileva tutti i movimenti del tronco. Si ottiene così il segnale respiratorio. Il lavoro di questa tesi è finalizzato a valutare l'applicabilità e le prestazioni di tali sistemi di misura in diverse applicazioni in medicina umana e veterinaria. Le applicazioni sono diverse tra loro e sono state rese possibili grazie alla collaborazione con l'Università di Torino per la medicina umana e con l'Università di Perugia per la medicina veterinaria. Le prime due collaborazioni sono finalizzate al monitoraggio a distanza della frequenza respiratoria di pazienti ricoverati in terapia intensiva e di animali sottoposti a esami clinici o interventi chirurgici, rispettivamente. In entrambi i casi, viene utilizzato come gold standard un ventilatore meccanico e/o un monitor multiparametrico. Infine, sono stati condotti test sul riconoscimento dell'apnea notturna.