Telemonitoring consists in the transmission of physiological and other non-invasive data and aims at reducing hospitalisations, improving self-care, and enhancing Health-Related Quality of Life of patients. At the present day, there are open issues in the field of telemedicine solutions, among which the fact that most data are obtained via spot-check measurements and this prevents clinicians from having a complete picture of the health status of a patient. Other open issues include the quality of measurements, and the meaningfulness of the information given to clinicians. The main objective of the Thesis is to advance the state of the art in the field of telemedicine platforms that allow the continuous monitoring of patients by means of wearable devices. The final goal of such work is to establish in the clinical practice reliable strategies to obtain continuous, meaningful, and high-quality data coming from multiple subjects in parallel and in real time, and to adapt the solutions to different populations. The telemedicine solutions that are considered in the Thesis follow the two-hop architecture: devices first send their data to a gateway by means of a short-range wireless transmission technology (e.g., Bluetooth/BLE or ANT) and then the gateway sends data to a central storage by means of 4G, 5G or Wi-Fi. To achieve this objective, research activities include the development of innovative solutions and/or evaluation of commercial sensors that can be of interest for the monitoring of physiological parameters and the activity recognition of the tested subjects. Specifically, some devices that will be considered estimate respiratory parameters from thoracic movement; other devices include pulse oximeters and solutions for activity tracking (such as Inertial Measurement Units); commercial smartwatches are also exploited in terms of heart and activity monitoring; finally, wearables to perform innovative measurements (e.g., partial pressure of transcutaneous CO2) are presented and discussed. Part of the work consists in the experimental activity necessary to gain data of healthy and pathological subjects.

Il telemonitoraggio consiste nella trasmissione di dati fisiologici e altri parametri non invasivi e ha lo scopo di ridurre le ospedalizzazioni, migliorare l’auto-cura e aumentare la qualità della vita legata alla salute dei pazienti. Al giorno d’oggi, ci sono questioni aperte nel campo delle soluzioni di telemedicina, tra cui il fatto che la maggior parte dei dati sono ottenuti tramite misure sporadiche e ciò impedisce ai clinici di avere una visione completa dello stato di salute di un paziente. Altre questioni aperte includono la qualità delle misure e la significatività delle informazioni date ai clinici. L'obiettivo principale di questa Tesi è avanzare lo stato dell’arte nel campo delle piattaforme di telemedicina che permettono il monitoraggio continuo dei pazienti attraverso dispositivi indossabili. L’obiettivo finale di questo lavoro è di definire strategie affidabili nella pratica clinica per ottenere dati continui, significativi e di alta qualità provenienti da più soggetti in parallelo e in tempo reale, e di adattare le soluzioni a popolazioni diverse. Le soluzioni di telemedicina considerate in questa Tesi seguono l’architettura two-hop: i dispositivi prima inviano i propri dati a un gateway con una tecnologia senza fili a corto raggio (ad esempio Bluetooth/BLE o ANT) e poi il gateway manda i dati a uno storage centrale via 4G, 5G o Wi-Fi. Per raggiungere questo obiettivo, le attività di ricerca includono lo sviluppo di soluzioni innovative e/o la valutazione di sensori commerciali che possono essere di interesse per il monitoraggio di parametri fisiologici e il riconoscimento dell’attività dei soggetti testati. Nello specifico, alcuni dispositivi che saranno considerati stimano i parametri respiratori dal movimento toracico; altri dispositivi includono pulsiossimetri e soluzioni per il tracciamento dell’attività (come le unità di misura inerziali); degli smartwatch commerciali sono utilizzati per il monitoraggio cardiaco e dell’attività; infine, sono presentati e discussi dei dispositivi indossabili per fare misure innovative (per esempio la pressione parziale della CO2 transcutanea). Parte del lavoro consiste nell’attività sperimentale necessaria per ottenere dati di soggetti sani e patologici.

Wearable devices for remote monitoring and their integration in telemedicine platforms

ANGELUCCI, ALESSANDRA
2022/2023

Abstract

Telemonitoring consists in the transmission of physiological and other non-invasive data and aims at reducing hospitalisations, improving self-care, and enhancing Health-Related Quality of Life of patients. At the present day, there are open issues in the field of telemedicine solutions, among which the fact that most data are obtained via spot-check measurements and this prevents clinicians from having a complete picture of the health status of a patient. Other open issues include the quality of measurements, and the meaningfulness of the information given to clinicians. The main objective of the Thesis is to advance the state of the art in the field of telemedicine platforms that allow the continuous monitoring of patients by means of wearable devices. The final goal of such work is to establish in the clinical practice reliable strategies to obtain continuous, meaningful, and high-quality data coming from multiple subjects in parallel and in real time, and to adapt the solutions to different populations. The telemedicine solutions that are considered in the Thesis follow the two-hop architecture: devices first send their data to a gateway by means of a short-range wireless transmission technology (e.g., Bluetooth/BLE or ANT) and then the gateway sends data to a central storage by means of 4G, 5G or Wi-Fi. To achieve this objective, research activities include the development of innovative solutions and/or evaluation of commercial sensors that can be of interest for the monitoring of physiological parameters and the activity recognition of the tested subjects. Specifically, some devices that will be considered estimate respiratory parameters from thoracic movement; other devices include pulse oximeters and solutions for activity tracking (such as Inertial Measurement Units); commercial smartwatches are also exploited in terms of heart and activity monitoring; finally, wearables to perform innovative measurements (e.g., partial pressure of transcutaneous CO2) are presented and discussed. Part of the work consists in the experimental activity necessary to gain data of healthy and pathological subjects.
DUBINI, GABRIELE ANGELO
CERVERI, PIETRO
21-dic-2022
Wearable devices for remote monitoring and their integration in telemedicine platforms
Il telemonitoraggio consiste nella trasmissione di dati fisiologici e altri parametri non invasivi e ha lo scopo di ridurre le ospedalizzazioni, migliorare l’auto-cura e aumentare la qualità della vita legata alla salute dei pazienti. Al giorno d’oggi, ci sono questioni aperte nel campo delle soluzioni di telemedicina, tra cui il fatto che la maggior parte dei dati sono ottenuti tramite misure sporadiche e ciò impedisce ai clinici di avere una visione completa dello stato di salute di un paziente. Altre questioni aperte includono la qualità delle misure e la significatività delle informazioni date ai clinici. L'obiettivo principale di questa Tesi è avanzare lo stato dell’arte nel campo delle piattaforme di telemedicina che permettono il monitoraggio continuo dei pazienti attraverso dispositivi indossabili. L’obiettivo finale di questo lavoro è di definire strategie affidabili nella pratica clinica per ottenere dati continui, significativi e di alta qualità provenienti da più soggetti in parallelo e in tempo reale, e di adattare le soluzioni a popolazioni diverse. Le soluzioni di telemedicina considerate in questa Tesi seguono l’architettura two-hop: i dispositivi prima inviano i propri dati a un gateway con una tecnologia senza fili a corto raggio (ad esempio Bluetooth/BLE o ANT) e poi il gateway manda i dati a uno storage centrale via 4G, 5G o Wi-Fi. Per raggiungere questo obiettivo, le attività di ricerca includono lo sviluppo di soluzioni innovative e/o la valutazione di sensori commerciali che possono essere di interesse per il monitoraggio di parametri fisiologici e il riconoscimento dell’attività dei soggetti testati. Nello specifico, alcuni dispositivi che saranno considerati stimano i parametri respiratori dal movimento toracico; altri dispositivi includono pulsiossimetri e soluzioni per il tracciamento dell’attività (come le unità di misura inerziali); degli smartwatch commerciali sono utilizzati per il monitoraggio cardiaco e dell’attività; infine, sono presentati e discussi dei dispositivi indossabili per fare misure innovative (per esempio la pressione parziale della CO2 transcutanea). Parte del lavoro consiste nell’attività sperimentale necessaria per ottenere dati di soggetti sani e patologici.
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