Analisi ed ingegnerizzazione di sensori di pressione al grafene per la stima della Pulse Wave Velocity in ambito clinico = Analysis and engineering of graphene pressure sensors for clinical Pulse Wave Velocity estimation

L’ipertensione è una condizione clinica patologica ed è una fra le principali cause di morte della popolazione mondiale. E’ stato evidenziato come nei soggetti che ne soffrono aumenti la predisposizione alla comparsa di malattie come quelle cardiovascolari. Queste ultime vanno ad identificare tutte quelle condizioni fisiologiche alterate che coinvolgono la salute del sistema cardiovascolare, di cui la rigidezza arteriosa è un parametro strettamente caratterizzante perché intrinsecamente correlato alle proprietà elastiche dei vasi e quindi alla pressione sanguigna sistolica. La rigidezza arteriosa può essere valutata attraverso diversi metodi non invasivi; quello più utilizzato oggigiorno è la valutazione della velocità dell’onda di polso, o definita anche Pulse Wave Velocity. La Pulse Wave Velocity (PWV) è un parametro emodinamico che descrive la velocità con cui l’onda pressoria si propaga nell’albero arterioso. Essa è calcolata misurando la distanza tra due punti in cui vi è il passaggio dell’onda di polso ed il Pulse Transit Time (PTT): tempo impiegato dall’onda per passare tra i due punti. La PWV misurata tra l’arteria carotidea e quella femorale (cf-PWV) in letteratura è considerata il ‘gold standard’. Attualmente ci sono pochi dispositivi clinici in commercio in grado di ricavare la PWV in maniera non invasiva e facili da utilizzare; inoltre, i sistemi disponibili hanno un prezzo elevato che ne limita la diffusione. Pertanto, è nata la necessità di sviluppare un dispositivo che sia non invasivo e con un costo contenuto. Grazie ad una collaborazione tra il Politecnico di Torino e l’ A.O.U. Città della Salute e della Scienza di Torino è stato realizzato un sistema in grado di acquisire simultaneamente diversi bio-segnali, come ElettroCardioGramma (ECG), segnali tonometrici (polso arterioso) e fotopletismografici (PPG). Il mio lavoro si è concentrato principalmente nell’impiego di innovativi sensori di pressione al grafene, sviluppati dal gruppo del professor Samorì del laboratorio di Nanochemistry, presso l’ Institut de Science et d'Ingénierie Supramoléculaires” dell’Università di Strasburgo. Questi sensori hanno delle ottime prestazioni in termini di sensibilità alla risposta ed una dimensione contenuta permettendo così lo sviluppo di un sistema wearable in grado di monitorare continuamente il parametro PWV. Nella prima parte della tesi sono state studiate diverse tecniche per realizzare un supporto che contenesse il sensore di pressione al grafene e che ne facilitasse l’utilizzo nell’applicazione clinica. Il supporto è stato realizzato per il sito carotideo e femorale. Si è poi passati alle acquisizioni del polso arterioso sul sito carotideo; una volta perfezionato il set-up ed ottenuti dei segnali soddisfacenti (con buon rapporto segnale-rumore) si è poi passati al sito femorale. Il sistema è stato anche utilizzato nella modalità differenziale: contemporaneamente sul sito carotideo e femorale. I segnali acquisiti sono stati processati su MATLAB al fine di estrarre le feature rilevanti per poter ricavare la PTT e quindi ottenere la PWV; l’algoritmo utilizzato è stato l’intersecting tangent point che dalla letteratura risulta essere il migliore in questo tipo di applicazione Il sistema è poi stato validato confrontando le PWV ottenute dai segnali estratti dai sensori al grafene con quelle ricavate dai sensori tonometrici, attuale tecnologia di riferimento clinico nell’estrazione del polso arterioso, su cinque soggetti volontari.