Le malattie cardiovascolari rappresentano le principali cause di mortalità al mondo, perciò gli studiosi sono sempre al lavoro per creare dispositivi indossabili che siano in grado di monitorare real-time eventuali alterazioni cardiache: da qui il nuovo “ tatuaggio ” elettronico (E-tattoo) per le misurazioni di ECG, sismocardiogramma e intervalli cardiaci.

Cosa misura

Schema tatuaggio cuore
Schema tatuaggio EMAC
credits: Advaced Science

I dati ottenuti a partire dall’elettrocardiogramma (ECG), secondo i ricercatori guidati da Nanshu Lu, non permettono un’accurata e completa analisi della salute del cuore ma è necessario l’aggiunta di ulteriori informazioni.

Infatti, la contrazione miocardica è costituita anche da segnali meccano-acustici che vengono registrati tramite fonocardiogramma (PCG) associati alla chiusura delle valvole cardiache, sismocardiogrammi (SCG) associati alle vibrazioni locali della parete toracica causate dal battito.

Inoltre, se per la misurazione del segnale ECG esistono elettrodi morbidi e indossabili, al contrario ci sono stati pochi sviluppi nei sensori indossabili per la registrazione del sismocardiogramma, i quali sono, solitamente, accelerometri commerciali montati sul torace che, a causa dello spessore e della loro rigidità, sono sempre scomodi da indossare e suscettibili al moto inerziale globale del corpo.

Da qui l’idea di un dispositivo talmente sottile da essere considerato quasi un tatuaggio: l’E-TATTOO EMAC, un sensore vibrazionale ultrasottile ed estensibile in grado di misurare l’ECG e SCG simultaneamente e in modo sincrono da cui è possibile, successivamente, estrarre informazioni su intervalli di tempo cardiaco.

Come è fatto

tura tatuaggio EMAC cuore
Aree di registrazione dati: al centro segnali SCG, al contorno ECG

È stato ottenuto modellando dei fogli di polivinilidene fluoruro (PVDF) metallizzato, dello spessore di 28 μm, in una rete a serpentina filamentosa (FS) per favorire la riduzione della rigidità del materiale stesso rendendolo così più flessibile e morbido.

La scelta del PVDF, un polimero biocompatibile, ricade in una sua proprietà: la piezoelettricità che permette di convertire la deformazione meccanica subita in tensione elettrica misurabile.

Tenendo conto che la “deformazione meccanica” di cui si parla sono le vibrazioni che la gabbia toracica subisce ad ogni battito, è semplice intuire come l’utilizzo di un materiale piezoelettrico sia conveniente.

SCG cuore tatuaggio
Simulazione funzionamento piezoelettrico PVDF del tatuaggio EMAC

Grazie all’integrazione del sensore di vibrazione PVDF estensibile con elettrodi Cu-Ni estensibili, il risultato è un e-tattoo morbido dual-mode per il rilevamento elettro-meccano-acustico cardiovascolare (EMAC) sincrono.

Dunque, il tatuaggio EMAC non contiene componenti rigidi, ha una dimensione di 63,5 mm × 38,1 mm × 0,122 mm e può essere applicato in modo conforme e non ostruttivo sul torace umano senza che si verifichi un’impedenza acustica con la pelle.

Risultati e stime per il futuro

Da studi effettuati presso l’Università del Texas ad Austin, è stato osservato che il punto ottimale per la misurazione del SCG è il margine destro del centro dello sterno.

Poiché i sensori piezoelettrici sono anche suscettibili a movimenti diversi dal movimento cardiaco, è stato sviluppato un doppio sistema di sensori PVDF per la sottrazione del rumore per combattere gli artefatti del movimento.

Siccome il dispositivo può essere “indossato” per più giorni, significa che può fornire un monitoraggio molto preciso e, in generale, risultati migliori rispetto ad un’analisi effettuata con i relativi macchinari una sola volta.

Posizionamento su torace uomo tatuaggio
Posizionamento tatuaggio EMAC su torace uomo con fili da connessione

In futuro, saranno integrati dispositivi wireless come NFC o Bluetooth che consentiranno di utilizzare il tatuaggio di rilevamento EMAC per applicazioni ambulatoriali a distanza.

A proposito di tatuaggi:

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