A new system for tailoring and monitoring mechanical ventilation by a wearable device at home

they produce irreversible loss of pulmonary function due to ventilatory dysfunctions, gas exchange abnormalities, or a combination of both. Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) is a chronic lung disease characterised by chronic inflammation and a progressive irreversible obstruction of airflows. COPD patients frequently suffer from nocturnal alterations in ventilation and gas exchange resulting in the Sleep Disordered Breathing (SDB), a group of disorders characterized by abnormalities of respiratory pattern or the quality of ventilation during sleep. The aim of this work of thesis was focused on the implementation of the ShirtSIG System, a real time telemonitoring system used to monitor the patients' state during non-invasive mechanical ventilation during sleep. The ShirtSIG System has been realized by the integration of the Chronious wearable system - an ergonomic designed shirt equipped with sensors which allow to monitor continuously patients’ physiological parameters - with the Home Mechanical Ventilation Monitoring System (HMVMS) developed by TBM Lab. The whole system allows the constant monitoring of different ventilation parameter and allows the physician to realize a remote titration of the ventilator. The whole system has been developed and tested to evaluate its performances. The results of the test conducted have shown the ShirtSIG System able to store the acquired data on a dedicated memory and transmit them through the internet. As data coming from two different systems are acquired by the same device, it has been found that its computational capabilities are too low to manage the elevated flow of data, thus compromising the reliability and the real-time features of the whole system. Nevertheless thanks to the transmitted data, the physician can easily recognize specific pathological events and conditions in order to perform a better titration at patient’s home at distance and tailor it on specific needs of each single patient.

Le malattie croniche respiratorie sono tra le maggiori cause di morte in tutte le regioni del mondo, esse possono provocare una perdita irreversibile delle funzioni respiratorie a seguito di disfunzioni ventilatorie e di anomalie nello scambio di gassoso o di una combinazione di queste componenti. La Broncopneumopatia Cronica Ostruttiva (BPCO) è un malattia cronica dei polmoni caratterizzata da un’infiammazione cronica e da una progressiva e irreversibile ostruzione delle vie aeree. I pazienti affetti da COPD spesso soffrono di alterazioni notturne respiro che risultano nei Disturbi Respiratori del Sonno (DRS), caratterizzati da anomalie nel ritmo respiratorio, variazioni nella ventilazione e alterazioni nella struttura del sonno. Lo scopo di questa tesi è stato di implementare e testare lo ShirtSIG System, un sistema di telemonitoraggio a tempo reale delle condizioni del paziente durante il trattamento con ventilazione meccanica non invasiva nel sonno. ShirtSIG System è stato realizzato integrando il Chronious Wearable system – un maglietta ergonomica dotata di sensori intelligenti atti a monitorare continuamente i parametri fisiologici del paziente – con lo Home Mechanical Ventilation Monitoring System (HMVMS),un sistema sviluppato dal TBM Lab. Il sistema complessivo permette il monitoraggio costante di diversi parametri di ventilazione e permette al clinico di realizzare una titolazione remota del ventilatore. Il sistema complessivo stato sviluppato e testato per valutare le sue performance. I risultati dei test hanno mostrato che ShirtSIG System è in grado di immagazzinare i dati acquisiti in una memoria dedicata e di trasmetterli via Internet. Dato che i dati inviati vengono acquisiti dallo stesso dispositivo, è stato riscontrato che le sue capacità computazionali non sono sufficienti per gestire l’elevato flusso di dati, compromettendo l’affidabilità delle caratteristiche dell’intero sistema. Tuttavia, grazie ai dati trasmessi il clinico può facilmente riconoscere eventi e condizioni patologici specifici ai fini di realizzare una migliore titolazione domiciliare a distanza e di adattarla alle specifiche esigenze del singolo paziente.