Appunti di Strumentazione biomedica

La misura dell’impedenza toracica viene effettuata in concomitanza con il tracciato ECG e il

fonocardiogramma (misura suoni cardiaci), in modo da stimare il tempo di eiezione in 2 possibili modi: o

analizzando informazioni dall’onda T e il complesso QRS o ricavando l’intervallo tra i due suoni cardiaci S1

e S2 (S1= chiusura valvola polmonare, S2=chiusura valvola mitrale).

Come hanno mostrato successivamente alcuni studiosi l’equazione di Kubicek è imprecisa in quanto il

segnale d’impedenza misurato sul torace dipende non solo dalla diversa distribuzione del sangue

all’interno dei polmoni, ma anche dai cambiamenti volumetrici nella vena cava, negli atri, nei ventricoli e

nell’aorta. Pertanto il cardiogramma ad impedenza di Kubicek fornisce solo una visione integrale di un

insieme di processi complessi in un’area del corpo altrettanto complessa per cui non si può distinguere

con certezza a quale cambiamento volumetrico associare il segnale d’impedenza toracico.

Confrontando il metodo di Kubicek con metodi invasivi per la valutazione dello stroke volume (come il

metodo di Fick) si è scoperto che la stima di Kubicek in pazienti sani fornisce una buona stima dello stroke

volume ma allo stesso tempo è stata sancita l’inaffidabilità di questo metodo in pazienti con problemi

cardiocircolatori, pazienti ossigenati, donne incinte e così via. In questi casi il metodo di Kubicek non può

essere utilizzato per stimare quantitativamente, in modo accurato, lo stroke volume. Nonostante ciò i

pletismografi odierni utilizzano il metodo di Kubicek per fornire una stima dello stroke volume perché tale

metodo è molto sensibile nell’osservazione dei cambiamenti relativi della gittata cardiaca e quindi può

essere utile per stimare la funzione cardiaca durante alcuni interventi. 243

Misure elettriche di apnee notturne

Il segnale d’impedenza misurato sul torace dipende anche dagli atti respiratori. Tale principio è sfruttato,

ad esempio, per rilevare l’apnea nei neonati. Per motivi di mancanza di spazio sul torace del neonato,

viene utilizzata la tecnica a due elettrodi.

Questi ultimi sono posti al centro del torace lungo la linea medio-ascellare e sono anche utilizzati per

misurare l’ECG. Nel caso di apnea del neonato il segnale dovuto al movimento respiratorio cessa e la

mancanza di attività respiratoria risulta evidente dal segnale d’impedenza registrato.

Per ovviare a questo problema vengono utilizzati ventilatori polmonari che garantiscono la corretta

respirazione notturna dei pazienti affetti da tale patologia.

Tomografia ad impedenza elettrica

La Tomografia ad Impedenza Elettrica (Electrical Impedance Tomography - EIT) è una tecnica diagnostica

non invasiva il cui scopo è quello di determinare una mappa della conducibilità elettrica di un corpo,

effettuando misure di potenziali durante l’iniezione di correnti sul bordo del corpo.

La Tomografia ad impedenza elettrica (EIT) produce delle immagini tomografiche della conducibilità o

della costante dielettrica di una porzione(fetta) del corpo a partire da misure elettriche ottenute con

elettrodi posti sulla superficie cutanea. Una schiera di elettrodi viene fissata attorno alla zona da

esaminare (può essere il torace, il collo, la testa); in modo ciclico due degli elettrodi vengono impiegati

per iniettare corrente ad alta frequenza nel paziente mentre si misurano le differenze di potenziale sui

restanti elettrodi (è sempre una misurazione con 4 elettrodi). Dalle misure effettuate, tramite algoritmi

di stima del campo elettrico interno al corpo si ottengono delle mappe di conducibilità o di costante

dielettrica della porzione di corpo esaminata. La conducibilità elettrica misura quanto il materiale si lascia

attraversare dalla corrente elettrica. Materiali diversi hanno conducibilità a volte molto diverse, quindi

una mappa della conducibilità può dare informazioni sulla struttura interna del corpo in esame. La

Tomografia ad impedenza elettrica ha applicazioni mediche quali il monitoraggio delle funzioni cardiache

e polmonari, diagnosi di tumori, ecc.

Consideriamo inizialmente un corpo omogeneo sul quale sono stati posti 16 elettrodi: 244

Inietto la corrente tra l’elettrodo 2 e 3. Essendo il corpo omogeneo le linee di corrente tra la coppia di

elettrodi si distribuiscono come le linee del campo elettrico di un dipolo (linee verdi in figura) e le linee di

tensione (in nero) sono ortogonali a quelle di corrente ed equipotenziali: la differenza di potenziale V0

che misuro ai capi di ogni coppia di elettrodi è la stessa.

a) corpo eterogeneo investito da corrente b)corpo conduttore c) corpo isolante

La situazione varia se ho un corpo eterogeneo, caratterizzato da tessuti di varia resistività. Le linee di

corrente, in rosso in figura, variano la loro traiettoria essendo “attratte” dal materiale conduttore. Un

materiale conduttore è caratterizzato dall’avere una resistività molto bassa e di conseguenza la tensione

registrata sarà minore di quella misurata precedentemente: V1<V0. Situazione opposta si ha nel caso di

materiale isolante (resistività alta). La corrente tenderà a slargarsi nei pressi dell’isolante e sugli elettrodi

si registrerà una tensione maggiore di quella iniziale. In tutti e tre i casi linee di tensione e corrente sono

ortogonali tra loro. 245

13. Misure di flusso sanguigno

Il sistema circolatorio è fluidodinamicamente un circuito chiuso, i cui componenti principali sono il cuore,

le arterie e le vene. Il cuore ha la funzione di pompaggio del sangue ossigenato, che le arterie convogliano

verso la periferia, e quindi ritorna al cuore attraverso le vene. In esso è possibile distinguere due circuiti

fondamentali, ognuno deputato ad uno specifico compito: il circolo sistemico, attraverso il quale il sangue

ossigenato viene distribuito ai tessuti del corpo, ed il circolo polmonare, il cui compito è quello di

permettere la trasformazione del sangue venoso in arterioso, grazie all’ossigenazione che avviene a livello

degli alveoli polmonari. Le arterie hanno diametri diversi, in funzione dello specifico compito assolto.

Le arterie di grande diametro (10-30 mm) assicurano una sufficiente portata di sangue dal cuore verso la

periferia. La caratteristica principale delle arterie di grande diametro risiede nella loro capacità di

deformazione sotto la spinta della pressione sanguigna, definita compliance. Essa rappresenta la capacità

che hanno i vasi sanguigni di dilatarsi elasticamente sotto l'effetto di una pressione sanguigna crescente.

Le arterie di diametro inferiore (0.2-1 mm) sono caratterizzate da una consistente ramificazione, essendo

m)

deputate alla distribuzione a livello locale. I capillari (5-30 costituiscono infine la parte terminale del

sistema circolatorio arterioso, e sono deputate allo scambio di ossigeno con i tessuti per via osmotica.

Il flusso sanguigno indica la quantità di sangue che passa in un certo punto del sistema circolatorio in un

certo istante. In genere si definisce in l/min.

Principalmente, il flusso di sangue attraverso un generico vaso è determinato da due fattori:

 la differenza di pressione ΔP fra le due parti del vaso, definita gradiente pressorio;

 la difficoltà del sangue a passare nel condotto, definita resistenza.

Per analogia con la teoria dei circuiti elettrici, è possibile definire una sorta di legge di Ohm, in cui alla

corrente è associata un flusso, mentre alla tensione una pressione. In questo modo, è possibile

determinare qual è il flusso di sangue Q che attraversa un certo vaso sanguigno, caratterizzato da un

gradiente pressorio ΔP e da una resistenza al flusso R :

v