Sviluppo di dispositivi diagnostici innovativi (wearable sensors) per l'indagine non invasiva di parametri cardiovascolari

Al giorno d’oggi, l’indagine non-invasiva di parametri cardiovascolari è molto importante al fine di monitorare lo stato di salute di soggetti a rischio di patologie e disturbi che possono interessare il cuore. Tali patologie sono la prima causa di mortalità nell’Unione Europa (EU) e ogni anno si registrano più di cinque milioni di nuovi casi che contribuiscono ad un peggioramento dello stile di vita dei cittadini e influiscono negativamente sull’economia sanitaria. A tal proposito, risulta fondamentale migliorare l’attività di prevenzione cardiovascolare.

Uno tra gli indicatori principali della funzione cardiaca è il polso venoso giugulare (JVP), la cui forma d’onda riflette quantitativamente il ritorno venoso sull’asse cervello-cuore. Il ritorno venoso avviene principalmente attraverso la vena giugulare interna (IJV) e la sua pulsatilità, definita tramite l’acquisizione del segnale JVP, è considerata dai cardiologi un fattore prognostico nell’insufficienza cardiaca cronica.
La forma d’onda JVP è generata dal movimento di espansione giugulare dovuto alle variazioni di pressione nell’atrio destro ed è regolata dall’attività cardiaca e respiratoria in funzione del tempo.

Per valutare la forma d’onda JVP in maniera non-invasiva, i test di screening per le indagini di routine vengono effettuati prevalentemente attraverso pletismografia ad aria, foto-pletismografia ed US Doppler. Le metodologie pletismografiche misurano il flusso sanguigno nell’intera sezione o volume in esame, mentre con US Doppler si rileva il flusso nei singoli vasi. In qualche caso, misurazioni della forma d’onda JVP mediante US Doppler hanno mostrato eterogeneità nei risultati, mentre alcuni dispositivi per pletismografia sono ingombranti e richiedono specifiche impostazioni che implicano la presenza di un operatore sanitario esperto.

Il nostro obiettivo è sviluppare e validare un dispositivo per pletismografia indossabile che non richieda particolari interventi da parte dell’operatore sanitario per garantirne il corretto funzionamento. In questo progetto si vuole sviluppare un dispositivo indossabile che vada ad agire localmente sull’area di interesse. La tecnologia da utilizzare è rappresentata da innovativi cerotti, ovvero dispositivi epidermici, che inglobano una parte sensibile capace di rilevare anche le minime deformazioni della pelle generate dal continuo fluire del sangue nelle vene.

Nell’ambito della fisica medica, il rilevamento della forma d’onda JVP per mezzo di un dispositivo epidermico è una novità. Alcuni gruppi di ricerca hanno sviluppato prototipi di cerotti simili, ma non li hanno ancora utilizzati in ambito clinico.

Attraverso lo svolgimento del progetto, ci aspettiamo di sviluppare un dispositivo epidermico non-invasivo che svolga un’operazione medica di routine, e la sua implementazione in un protocollo di misurazione che possa rappresentare la svolta tecnologica che attualmente manca nel campo di ricerca della fisica applicata alla medicina, in particolare a riguardo del monitoraggio del segnale JVP.

I requisiti più importanti per il dispositivo epidermico, che avrà la forma di un cerotto, saranno biocompatibilità intrinseca e non tossicità. Deve essere flessibile, ultrasottile e leggero, e fornire un contatto robusto e conforme alla pelle, oltre ad essere senza fili.

Verrà sviluppata un’interfaccia “user-friendly” per la visualizzazione dei dati e la relativa statistica sui risultati raccolti per l’esigenza di supporto decisionale in telemedicina. In questa maniera, medici e personale sanitario potranno effettuare una campagna di validazione clinica del dispositivo per la diagnosi delle malattie cardiovascolari e conseguente correlazione del segnale JVP con biomarker patologici.

Inoltre, provvederemo a coinvolgere stakeholder sul territorio nazionale e internazionale, ed effettueremo analisi di mercato per la possibile commercializzazione del dispositivo.

Il progetto si inserisce nelle priorità del Programma Nazionale per la Ricerca (PNR) 2021-2027 riguardanti il tema Salute e in particolare nell’area di intervento “Tecnologie per la Salute”.

Si vuole impiegare il dispositivo epidermico diagnostico “wearable sensor” in telemedicina anche per la gestione del malato cronico e per i percorsi di riabilitazione. Tramite un’applicazione dedicata, sviluppata insieme all’hardware del dispositivo, sarà in futuro possibile raccogliere, immagazzinare e trasmettere dati, segnali e informazioni sui pazienti, sui loro stili di vita, ecc.

Il progetto di ricerca avrà un impatto che risponde alle attuali esigenze delle aree tecnologiche e di mercato relative al mHealth e all’Internet of Medical Things (IoMT), che sono tendenze originate nel contesto della diffusione della connettività tramite dispositivi mobili. Nel caso specifico, questa attività di ricerca avrà impatto sul mantenimento di stili di vita salutari e maggiore adesione agli screening di prevenzione, grazie ad una accresciuta capacità di raggiungere i cittadini con modelli di comunicazione più efficaci e capillari e sullo sviluppo del potenziale dei nuovi strumenti di Digital Health al fine del miglioramento delle cure e della riduzione dell’impatto delle malattie su cittadini e sul Sistema Sanitario Nazionale.

Piezoskin S.r.l.- Lecce

Spin-off del Centre of Biomolecular Nanotechnnologies dell'Istituto Italiano di Tecnologia (CBN-IIT)

Zhermack SpA - Badia Polesine (RO)

Durata: 6 mesi

Il progetto è coerente con l'Ambito di Ricerca e Innovazione 5.1 - "Salute" del PNR 2021-2027

• Sensori indossabili
• Pletismografia
• Polso giugulare
• Piezoelettricità
• Telemedicina