seselezione di elettronica

TENDENZEUn mercatoin buona salute

APPLICAZIONIMigliorare la cura per il diabete con l’elettronica

Le tecnologie elettronicheal servizio della salute

ARGOMENTIIl MedicalTechnology Event

ELEMENT14 AWARDIl premioalla progettazionebiomedicale

Smart Medical

www.st.com

SOMMARIO Smart MedicalIN QUESTO NUMERO

selezione di elettronica3 2011

Dai grandi apparati ospedalieri di diagnostica per imma-gini fino ai prodotti “consumer medical”, le tecnologie elettroniche svolgono un ruolo chiave in una miriade di sistemi medicali. Tra le tendenze in atto è compresa la diffusione di apparati portatili con connettività wireless.

L'elettronica che fa benealla salute14

TENDENZE

16APPLICAZIONI

ARGOMENTI

Migliorare la cura per il diabetecon l'elettronica

La logistica della catenadel freddo nella sanità

Un sistema automaticoper isolare cellule rare

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R&D, linfa vitale per il biomedicaleCresce l'outsourcing, calano i costiMobile health, la ricerca prosegueCuore, in arrivo la diagnosi automatica

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WORKSHOP

Una proposta innovativa per l'elettronica medicaSoluzioni per sistemi medicali ad alte prestazioni

Misure accurate per applicazioni biomedicaliProgettare, prototipare e sviluppare

Alta efficenza ed elevati risparmiRiflettori puntati sulla famiglia medline

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40

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Direttore responsabile Pierantonio Palerma

reDaZione Laura Reggiani [responsabilediredazione] seGretariaDireDaZione Gabriella Crotti Collaboratori Roberto Frazzoli, Massimiliano Luce, proGettoGraFiCo eimpaGinaZione Mauro Ballocchi

DirettoreeDitoriale bUsinessmeDiaMattia Losi

proprietarioeDeDitore: Il Sole 24 ORE S.p.A. seDeleGale: Via Monte Rosa, 91 - 20149 Milano

presiDenteGiancarlo CeruttiamministratoreDeleGatoDonatella Treu

Attualità6Editoriale5

Il Medical Technology EventNotevole successo di pubblico per l’incontro organizzato da Selezione di Elettronica in collaborazione con Farnell Italia. Nell’ambito dell’evento si sono svolti un convegno scientifico e sei workshop tecnici, affiancati da un’interes-sante area espositiva.

Un mercato in ottima forma12

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Identificazione automatica in ospedaleIl ruolo dell'ingegnere clinicoLa sicurezza delle apparecchiatureIl monitoraggio dei pazienti croniciIl futuro della dialisiIl chip che manipola le cellule

323334353637

Per una diagnosi prenatalesemplice e affidabile

Una piattaforma per il telemonitoraggio dei parametri vitali

Un sistema per l'acquisizionedi variabili respiratorie

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30 50

44 Il premio alla progettazionebiomedicaleLa prima edizione del concorso di progettazione organiz-zato da element14, la comunità dei progettisti elettronici di Farnell, è stata vinta dal progetto TeleFetal Care del Politecnico di Milano, un sistema indossabile per valuta-zione da remoto degli stati di sofferenza fetale.

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selezione di elettronica5 2011

SOMMARIO Smart MedicalEDITORIALE

L’elettronica al servizio della salute

L’elettronica medicale rappresenta un settore in rapida evoluzione. Attualmente i gran-di temi in gioco vedono la tendenza verso l’utilizzo di apparecchiature per uso do-mestico; la diffusione di attrezzature portatili con connettività wireless; l’utilizzo cre-scente di grandi apparati per la diagnostica per immagini; la necessità di gestire al

meglio le nuove forme dei dati relativi al paziente e le cartelle cliniche.

In questo contesto si è inserito il Medical Technology Event, un evento rivolto alla Medi-cal Design Community, dedicato alle tecnologie elettroniche al servizio della salute, orga-nizzato da Selezione di Elettronica e sviluppato in collaborazione con Farnell Italia che, per la prima volta in Italia, ha chiamato al confronto produttori e fornitori di componen-

ti elettronici, aziende Oem produttrici di apparecchi elettromedicali, ricercatori universita-ri e progettisti.

L’evento, che si è tenuto nella giornata di giove-dì 6 ottobre, presso il Centro Congressi Palaz-zo delle Stelline di Milano, e di cui vogliamo of-frire in queste pagine una veloce panoramica,

ha offerto una visione sugli scenari tecnologici del set-tore elettromedicale, affrontando tematiche che vanno dalla ricerca e l’innovazione del settore dei dispositivi medici alle metodologie smart-hard e soft-computing per la diagnostica medicale automatica, dalle tecnolo-gie di identificazione e tracciabilità a supporto del pa-ziente alla sicurezza delle apparecchiature elettromedi-cali nelle strutture ospedaliere.

Anche per il prossimo anno Selezione di Elettro-nica ha scelto di concentrare l’attenzione sul settore elettromedicale, e per que-sto tra le diverse iniziative proporrà una seconda edizione del Medical Technology Event, indicativamente a fine giugno 2012, in cui sarà possibile verificare le ultime

innovazioni elettroniche disponibili e le nuove tendenze tecnologiche di un settore che, co-me confermano i più accreditati analisti, è destinato nei prossimi anni a crescere molto ve-locemente. Vi aspettiamo.

Laura Reggiani

selezione di elettronica 62011

Smart Medical ATTUALITàAZIENDE & PRODOTTI

ALIMENTAZIONE

Alimentatori per la ventilazione medicaPowerbox presenta la nuova serie Medline 100 comprendente un’unità open frame da 100 W denominata OFM100, e un adattatore da rete da 80 W denominati EXM80. Entrambi i modelli, progettati per alimentare apparecchi medicali

SENSORISTICA

Sensori di fluido auto calibranti

InternetInternet

Internetdi ventilazione, condividono la medesima topologia fly-back a basso numero di componenti che garantisce elevati valori di efficienza e affidabilità, nonostante le dimensioni contenute. Con un design particolarmente accattivante, l’adattatore EXM80 si distingue per il suo aspetto professionale, perfettamente in linea con quello dell’elettromedicale a cui è connesso. Caratteristica comune delle applicazioni per ventilazione è la presenza di picchi di carico, coincidenti con la partenza della turbina: la linea Medline 100 ha nella flessibilità, che le consente di essere adattata in maniera ottimale alle particolari esigenze, il suo punto forte, tanto da farne la soluzione ideale per questo tipo di applicazioni.

SEMICONDUTTORI

Freescale amplia l’offerta per applicazioni healthcare

Freescale amplia la sua offerta di prodotti per la salute e il be-nessere proponendo due soluzioni per lo sviluppo di apparec-

chiature a bassissimo consumo, portatili e wireless. Il primo pro-getto implementa un monitoraggio della attività fisica per ren-derla più razionale attraverso l’elaborazione dei dati raccolti. Si tratta di un sistema integrato composto da diversi moduli, prov-visto di ZigBee e connettività Usb per sistemi di personal heal-thcare, in grado di realizzare acquisizioni non invasive e dotato di pedometro, elettrocardiografo, tabella nutrizionale, immagaz-zinamento dei dati, ricetrasmettitore ZigBee, timer e cronome-tro. Il tool di sviluppo Med-Spo2, basato sulla piattaforma Tower System, è dedicato invece allo sviluppo e all’implementazione di dispositivi per ossimmetria pulsata.

Per accelerare le operazioni di set-up e mantenere a lungo termine la massima precisione, TT electronics ha realizzato un sistema di autocalibrazione per i sensori optoelettronici di fluido della serie OPB350. La nuova serie di sensori fluidici senza contatto è provvista di una funzione di calibrazione automatica in grado di compensare le variabili di fabbricazione, ambientali e di sistema del dispositivo ottico. Grazie alla autocalibrazione, questi sensori sono la scelta ideale per applicazioni medicali e in modo particolare nei sistemi per trasfusione, infusione, analisi del sangue e delle urine. Costituiti da una coppia Led/fototransistor a infrarossi, questi sensori sono in grado di rilevare anche la presenza di bolle d’aria.

selezione di elettronica7 2011

ATTUALITà Smart Medical

AZIENDE & PRODOTTI

INTERNET

Un microsito per il medicaleFarnell ha lanciato sei nuovi micrositi orientati a particolari segmenti applicativi che si aggiungono agli altri già disponibili. I clienti che utilizzano questi siti possono esplorare una vasta gamma di prodotti e informazioni rilasciate da produttori leader di settore. Tra i siti di maggior interesse quello dedicato alle applicazioni

biomedicali. Il settore dell’elettronica medicale è una delle aree di maggior sviluppo nell’ambito della progettazione elettronica, grazie all’innovativo utilizzo di dispositivi a segnale analogico, elaborazione integrata e sensori. Le soluzioni proposte da Farnell, a cui si aggiungono risorse tecniche e video di formazione prodotti, aiutano gli ingegneri nella progettazione e nell’implementazione di sistemi complessi mantenendoli, inoltre, aggiornati sulle nuove tecnologie e applicazioni in campo medicale.

Mouser ha lanciato un nuovo microsito dedicato alle applicazioni di monitoraggio e diagnosi del paziente. La diagnostica medicale costituisce una delle industrie in più rapida espansione, e se ne prevede una crescita tripla nei prossimi cinque anni. È anche uno dei settori più impegnativi per gli ingegneri di progettazione a causa delle complesse tecnologie, delle normative e dei lunghi cicli di sviluppo. Riconoscendo queste sfida Mouser ha creato una risorsa per mantenere gli ingegneri al passo con i trend tecnologici e di prodotto. Il sito presenta dispositivi come ossimetri della pulsazione, monitor della pressione sanguigna, termometri digitali e stetoscopi digitali. I progettisti possono avere uno sguardo d’insieme e, utilizzando la navigazione per diagramma a blocchi, sono in grado di selezionare le soluzioni fra i principali produttori di componenti. Il sito propone soluzioni per tutte le funzioni di sistema per ognuna delle applicazioni di monitoraggio e diagnostica, oltre a una varietà di risorse tecnologiche come video e guide alla progettazione.

INTERNET

Tutto per le applicazioni di monitoraggio e diagnostica

Analog Devices presenta la prima tecnologia di packaging per isolatori digitali in grado di garantire una distanza minima superficiale di 8 mm, come imposto dalle normative internazionali in merito di applicazioni medicali e industriali ad alta tensione. Questi nuovi package, certificati dalla Canadian Standard Association, racchiudono la premiata tecnologia di isolamento digitale iCoupler e si caratterizzano per la distanza superficiale di 8,3 mm, che li rende adatti all’impiego in tutte le applicazioni di diagnostica medica avanzata, in quelle per il monitoraggio, per la misura, e in tutti i sistemi che operano fino a 220-250 Vac. Questa nuova tecnica di packaging dà ai progettisti la possibilità di sostituire vantaggiosamente gli accoppiatori ottici meno performanti sotto il punto di vista della sicurezza.

SEMICONDUTTORI

Packaging per isolatori digitali conforme alle norme di sicurezza medicali

Internet

Internet

Internet

http://www.analog.com/8mmpackaging.

selezione di elettronicase 82011

Smart Medical ATTUALITàAZIENDE & PRODOTTI

CONNESSIONE

Affidabilità e supporto nella connessioneLe società che operano nella sanità hanno sempre fatto affidamento sulla capacità di Fischer Connectors di sviluppare e produrre connettori elettrici innovativi, ideali per essere usati in applicazioni medicali. Ogni giorno, dottori e pazienti fanno affidamento sulle soluzioni tecniche che Fischer fornisce per le applicazioni medicali più esigenti e critiche. I connettori sviluppati da Fischer si caratterizzano infatti per il peso ridotto, la sicurezza nell’utilizzo, la possibilità di essere sterilizzati, la disponibilità di tenuta stagna IP68, la codifica colore e la schermature Emi/Rfi. Tutti i connettori sono inoltre ceritificati Iso 13485.

Internet

X P Power propone gli alimentato-ri Ac/Dc esterni della serie AHM ad

alta efficienza per una vasta gamma di applicazioni IT e medicali. La serie comprende un range di 5 uscite singo-le da 85, 100, 150, 180 e 250 W di uscita, con tensioni di uscita nominali da +12 a +48 Vdc. Tutte le unità lavorano in con-vezione naturale e non hanno bisogno di ventilazione forzata interna. Questo rende le unità più affidabili e silenzio-se, un aspetto importante per le attrez-zature ospedaliere situate vicino a un paziente. Grazie al livello 5 di efficienza energetica le unità hanno un’efficienza del 92% e soddisfano i severi requisiti degli standard di efficien-za energetica globale sia in termine di efficienza di potenza media che il consumo di potenza a vuoto inferiore a 0.5 W. Con la serie AHM i produttori saranno sicuri che i loro prodotti saranno confor-mi agli standard EISA2007, CEC2008 e alle direttive ErP. Inoltre, le unità soddisfano gli standard di sicurezza internazionali per l’ap-provazione di apparecchiature medicali.

ALIMENTAZIONE

Alimentatori medicali da esterno con il 92% di efficienza

Internet

Maxim propone MAX9613 e MAX9615, due amplificatori operazionali di precisione a bassa potenza con I/O rail-to-rail. Questi dispositivi includono l’esclusiva funzionalità di taratura automatica che consente la correzione degli errori o il relativo annullamento in ogni momento e a qualsiasi temperatura. La taratura automatica si attiva ad ogni accensione del dispositivo, riducendo al minimo gli errori di deriva del sistema causati dai gradienti di temperatura. Grazie a questa funzionalità, i progettisti possono non eseguire la calibrazione manuale del sistema e assicurare al contempo il corretto funzionamento. I dispositivi MAX9613 e MAX9615 sono ideali per le interfacce di sensori nelle applicazioni medicali che richiedono un’elevata precisione.

SEMICONDUTTORI

Amplificatori operazionali con taratura automatica

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Veredus Laboratories e STMicroelectronics, hanno annunciato il successo nello sviluppo di VereFoodborne, un’applicazione Lab-on-Chip in grado di rilevare con un unico test da 10 a 12 agenti patogeni presenti nel cibo, tra cui l’Escherichia coli. VereFoodborne, basato sulla piattaforma Lab-on-Chip di ST, è un’applicazione portatile in grado di rilevare e differenziare agenti patogeni presenti nel cibo. La capacità di identificare simultaneamente diversi segmenti dei geni di agenti patogeni presenti nel cibo permette di identificare virus e batteri con un livello di affidabilità decisamente superiore rispetto ad altri test.

APPLICAZIONI

Un Lab-on-Chip per rilevare gli agenti patogeni nel cibo

EVENTI

Una giornata per i Dsp nelle applicazioni medicali L’edizione 2011 del Dsp Application Day, il tradizionale appuntamento con le tecnologie di Digital Signal Processing organizzato dal Dipartimento di Informatica e Comunicazione dell’Università degli Studi di Milano, sarà quest’anno focalizzato alle applicazioni biomedicali. L’evento, che avrà luogo in forma digitale di e-conference e webinar il prossimo 16 dicembre, offrirà ai partecipanti la possibilità di conoscere metodologie e soluzioni tecnologiche innovative. Da segnalare il webinar in cui verrà presentato un sistema miniaturizzato di embedded computing per applicazioni nell’ambito dell’healthcare.

Internet

Internet

selezione di elettronica 102011

Smart Medical ATTUALITàAZIENDE & PRODOTTI

Texas Instruments ha presentato il primo convertitore analogico-digitale a 16 bit e quadruplo canale per applicazioni di imaging medicale, come la risonanza magnetica per immagini. Il dispositivo ADS5263 soddisfa le esigenze dei progettisti di ottenere segnali definiti e nitidi, insieme a tempi di acquisizione ridotti,

offrendo così un elevato rapporto segnale-rumore di 84,6 dBFS con un ingresso a 10 MHz e una frequenza di campionamento fino a 100 Msps. Insieme alle alte prestazioni, l’architettura a quadruplo canale, il basso consumo energetico di 380 mW/ canale e l’ingombro ridotto consentono ai tecnici di progettare sistemi di imaging medicale più piccoli e compatti, con dispositivi a canale singolo o doppio. La scelta di package non magnetico consente l’utilizzo in campi magnetici molto intensi, come quelli in strumentazione per la risonanza magnetica per immagini.

Advantech ha introdotto una nuova serie di Pc medicali, fanless terminali Point-of-Care, denominati POC-C, concepiti per sale operatorie ospedaliere e monitoraggio pazienti. I modelli da 15”, 17” e 19” hanno un ottimo rapporto qualità/prezzo, e costituiscono degli ottimi prodotti “entry-level”, in grado di fornire performance competitive a un prezzo ragionevole. Possiedono la certificazione medica e rappresentano la soluzione ideale per chi cerca qualità e costi contenuti. La serie POC-C di Advantech è formata da terminali medici dotati di certificazione Iec 60601-1, CE, Ccc e certificati Fcc classes B. Il design fanless assicura un’operatività silenziosa, rendendoli ideali per essere collocati vicino ai letti dei pazienti. I terminali sono conformi allo standard IP65 o IP54, ermetici ad acqua e polvere.

Internet

SOFTWARE

Una piattaforma per dispositivi medicaliW ind River ha reso disponibile la Wind River Platform for

Medical Devices, parte di un portafoglio software comple-to per lo sviluppo di dispositivi medicali, compresi quelli che ri-chiedono una procedura di approvazione prima di essere messi in commercio. Wind River Platform for Medical Devices è una piatta-forma di sviluppo che include un runtime che può essere impiegato per assicurare il necessario livello di sicurezza per la realizzazione dei dispositivi medicali. La piattaforma è basata su VxWorks, il si-stema operativo real-time di Wind River che vanta una consolida-ta presenza all’interno di dispositivi medicali regolamentati che ri-chiedono alti livelli di sicurezza, affidabilità e prestazioni. La piat-taforma comprende Workbench, un ambiente di sviluppo per sof-tware embedded, e un insieme completo di tecnologie runtime co-me IPsec, SSL, IPv6 e USB. L’integrazione di VxWorks all’interno di Wind River Platform for Medical Devices permette agli sviluppatori di concentrarsi sulla differenziazione sfruttando le caratteristiche principali del sistema come il ridotto consumo di memoria, il deter-minismo, la scalabilità e le elevate prestazioni.

SEMICONDUTTORI

Convertitori perl’imaging medicale

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Terminali medicali fanless

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selezione di elettronica 122011

Smart Medical TENDENZEMERCATO

Gli analisti prevedono che nel prossimo quinquennio l’elettronica medica crescerà con un tasso annuo del 9%. Ritmi di sviluppo più veloci della media sono attesi per la telemedicina e per i prodotti elettromedicali ad uso domestico.

Un mercato in ottima forma

Nonostante l’attuale situazio-ne di incertezza economica e finanziaria (che per di più

riguarda direttamente i bilanci de-gli Stati e quindi anche la spesa sa-nitaria pubblica), ci sono buone ra-gioni per ritenere che anche in fu-turo il settore medicale continue-rà a rappresentare un mercato im-portante per l’industria elettroni-ca. L’ottimismo si fonda su diver-si fattori: l’aumento della doman-da di cure mediche, legato alla cre-scente longevità della popolazione;

Il mercato italianoVediamo innanzitutto di stimare le dimensioni del mercato italiano del settore elettromedicale in senso la-to, utilizzando i dati 2009 forniti da Assobiomedica. Com’è noto l’as-sociazione rappresenta anche mol-te aziende che producono disposi-tivi medici non elettronici, dalle si-ringhe ai reagenti chimici, pertan-to occorre effettuare uno scorpo-ro. Con riferimento alla classifica-zione utilizzata da Assobiomedica, le principali categorie di nostro in-teresse sono la cardiostimolazione, che nel 2009 valeva 428 milioni di euro; la diagnostica per immagini, 357 milioni; la dialisi, 350 milioni; la diagnostica a ultrasuoni, 89 milioni; l’elettromedicina, 68 milioni; la “he-althcare IT”, 47 milioni. Ovviamen-te solo una parte di questo mercato corrisponde a prodotti realizzati da aziende italiane, poiché le importa-zioni hanno un peso molto rilevan-te. Parlando della bilancia commer-ciale, però, va ricordato che l’Italia è anche un paese esportatore di pro-

la disponibilità di soluzioni elettro-niche che consentono agli Stati di risparmiare denaro, come la tele-medicina; la comparsa di prodot-ti “consumer medical”, che pos-sono agganciarsi al boom degli smartphone; lo sviluppo dei Pae-si emergenti, che devono oggi re-cuperare un forte ritardo in materia di assistenza sanitaria. è eviden-te, comunque, che per il momen-to in occidente permangono vin-coli alla crescita del settore; in Ita-lia, in particolare, i lunghissimi tem-pi di pagamento della sanità pub-blica stanno mettendo in difficoltà numerose aziende.

di Roberto Frazzoli

In costante

aumento

le vendite di

semiconduttori

per applicazioni

medicali

selezione di elettronica13 2011

TENDENZE Smart Medical

MERCATO

dotti elettromedicali; diverse azien-de italiane, infatti, hanno un ruolo significativo in questo mercato a li-vello internazionale. Citiamo, unica-mente a titolo d’esempio, Esaote e Bellco.

Il mercato mondialeIndicazioni sul futuro andamen-to del mercato mondiale ci giungo-no dalla società di ricerche di mer-cato Databeans, secondo la quale l’intero settore dell’elettronica me-dica crescerà con un tasso medio annuo del 9% nei prossimi cinque anni, passando dai 156 miliardi di dollari del 2011 ai 243,2 miliardi del 2016. Per quanto riguarda il 2011, il segmento clinico ha rappresentato il 70% del mercato (109 miliardi di dollari), mentre il settore della dia-gnostica per immagini ha raggiunto 27,9 miliardi. Ancora piccola la quo-ta assegnabile ai prodotti per uso personale o domestico (19,1 mi-liardi di dollari nel 2011), che però - sempre secondo Databeans - sa-lirà con un tasso annuo dell’11% fi-no al 2016. Tra le altre applicazio-ni che cresceranno più della me-

dia del mercato è compresa la tele-medicina: secondo la società di ri-cerche di mercato InMedica, nei prossimi cinque anni questo setto-re si svilupperà con un tasso com-posto annuo addirittura del 55%, superando la soglia del miliardo di dollari nel 2016 e raggiungen-do 6 miliardi nel 2020. La socie-tà di ricerche di mercato Frost & Sullivan, dal canto suo, prevede sviluppi significativi per i sistemi di gestione dell’insulina, che cresce-ranno con un tasso composto an-nuo del 12%.

SemiconduttoriChe effetto avranno queste dinami-che sul giro d’affari dei componen-ti elettronici? Coerentemente con le stime formulate per l’elettronica medica, Databeans prevede che anche il mercato mondiale dei se-miconduttori per applicazioni me-diche crescerà nei prossimi cinque anni con un tasso composto annuo del 9%, passando dagli odierni 3,8 miliardi di dollari a 5,9 miliardi nel 2016. Le applicazioni cliniche con-tinueranno ad assorbire la fetta più

grossa dei circuiti integrati, il 60%, ma - come si è detto - i prodotti per uso personale o domestico avran-no ritmi di crescita più veloci. In quest’ultimo segmento la fetta più grossa dei semiconduttori, il 35%, sarà assorbita dai prodotti per la misura del glucosio nel sangue. Al-cune categorie di componenti cre-sceranno più della media. Secondo Frost & Sullivan, ad esempio, il mer-cato europeo dei display utilizzati per la visualizzazione delle immagi-ni diagnostiche sta crescendo con un tasso composto di crescita an-nua del 13,6% (periodo 2008-2012) e salirà dai 268,6 milioni di dollari del 2010 a 507,4 milioni nel 2015. Lo sviluppo sarà spinto dalla domanda per una maggiore qualità delle im-magini. Previsioni rosee anche per i Mems utilizzati in applicazioni me-diche, ad esempio come sensori di pressione: secondo un’altra socie-tà di ricerche di mercato, iSuppli, il mercato mondiale di questi dispo-sitivi salirà dai 229 milioni di dolla-ri del 2009 ai 430 milioni del 2014, un balzo corrispondente a un tasso composto annuo del 13%. •

Le vendite di semiconduttori per applicazioni

medicali crescono in tutte le aree geografiche

Tra le applicazioni trainanti del settore "domestico"

i misuratori di glucosio e della pressione sanguigna

selezione di elettronica 142011

Smart Medical TENDENZETECNOLOGIE

Dai grandi apparati ospedalieri di diagnostica per immagini fino ai prodotti “consumer medical”, le tecnologie elettroniche svolgono un ruolo chiave in una miriade di sistemi medicali. Tra le tendenze in atto è compresa la diffusione di apparati portatili con connettività wireless.

L’elettronica che fa bene alla salute

Non è azzardato dire che la medicina moderna non po-trebbe esistere senza il con-

tributo dell’elettronica. Il lavoro dei medici, infatti, richiede oggi una se-rie di attività che possono essere svolte in modo efficace e produttivo solo con l’ausilio di strumenti capa-ci di gestire l’informazione e l’ener-gia: basti pensare al rilevamen-to dei parametri vitali con sensori, all’elaborazione delle immagini dia-gnostiche, alla stimolazione elettri-ca degli organi. L’elettronica è altre-sì indispensabile per automatizzare una serie di funzioni che sostengo-no l’attività delle strutture sanitarie, come le analisi dei materiali biologi-ci e la gestione dei dati. I motivi pra-tici del connubio tecnologico tra le due discipline, quindi, sono nume-rosi e disegnano un quadro appli-cativo estremamente ricco.

ta del paziente: in questa definizio-ne molto generica possiamo infat-ti includere i dispositivi impiantabili come i pacemaker, gli apparati per la emodialisi, i laser per fisioterapia, gli apparecchi acustici, le soluzioni di telemedicina e moltissimi altri si-stemi - tra cui anche i robot utiliz-zati in alcune sale operatorie. L’elet-tronica, inoltre, gioca un ruolo im-portante nella strumentazione di la-boratorio utilizzata per l’analisi dei materiali biologici ed è ovviamente fondamentale per i sistemi informa-tivi delle strutture sanitarie.

Le tendenze tecnologicheIn un panorama applicativo co-sì variegato le tendenze tecnolo-giche sono ovviamente moltepli-ci. Nel campo della radiografia, ad esempio, si assiste oggi alla totale digitalizzazione dei sistemi grazie all’adozione dei Flat Panel Detector, grandi sensori di immagine in silicio amorfo che rimpiazzano le tradizio-

Una grande varietà di applicazioniUn breve inventario delle applica-zioni elettroniche in campo sani-tario può iniziare con la diagnosti-ca per immagini, settore che com-prende radiografia, tomografia nel-le sue varie versioni (computerizza-ta, a emissione di positroni ecc.), ri-sonanza magnetica, ecografia, en-doscopia ecc. In tutti questi siste-mi l’elettronica è utilizzata sia per generare le grandezze fisiche che attraversano i tessuti (radiazioni, campi magnetici, ultrasuoni ecc.), sia per elaborare le immagini così ottenute. Ancora in campo diagno-stico vanno ricordati i sistemi ba-sati su “sensori” in senso lato, co-me elettrocardiografi, elettroence-falografi, monitor del glucosio nel sangue, misuratori di pressione ar-teriosa ecc. Estremamente vasta, poi, la gamma di sistemi utilizzati per somministrare cure di vario ge-nere o per migliorare la qualità di vi-

di Roberto Frazzoli

selezione di elettronica15 2011

TENDENZE Smart Medical

TECNOLOGIE

nali lastre fotografiche. Nel campo della risonanza magnetica stanno facendo la loro comparsa sistemi capaci di applicare campi magne-tici molto elevati (Ultra-High Field), oltre i 3 Tesla, mentre l’ecografia si evolve rapidamente con la compar-sa di sistemi portatili sempre più piccoli. Nell’intero settore della dia-gnostica per immagini, inoltre, si ri-leva la tendenza verso una maggio-re risoluzione delle immagini. Per quanto riguarda i sistemi elettro-medicali nel loro complesso si può affermare che esista una tendenza generalizzata verso la realizzazio-ne di prodotti portatili, miniaturizza-ti e capaci di connettersi a reti wi-reless; ciò vale sia per gli apparati professionali, sia per la prometten-te categoria dei prodotti rivolti di-rettamente al paziente. Nel campo dei sistemi informativi utilizzati dal-le strutture sanitarie, infine, aumen-ta l’importanza degli standard; nel-lo specifico settore dei Pacs (Pic-ture Archiving and Communication System), ad esempio, si è affermato lo standard Dicom (Digital Imaging and Communications in Medicine).

I requisiti per l’elettronicaDal punto di vista dell’industria elet-tronica, gli apparati medicali sono sistemi embedded che richiedono una varietà di funzioni: microcon-trollori, front-end analogico, sen-sori, capacità di comunicazione wireless. I requisiti posti alla com-ponentistica elettronica sono mol-to stringenti soprattutto per i gran-di sistemi utilizzati in ambito ospe-daliero, che richiedono forti investi-menti e spesso assolvono a funzio-

ni critiche per i pazienti; fondamen-tale, quindi, l’affidabilità e la longe-vità dei componenti, cioè la dispo-nibilità prolungata nel tempo. Nel caso dei sistemi medicali portati-li, sempre più diffusi in campo dia-gnostico e nel “consumer medi-cal”, le parti elettroniche devono in-vece garantire un assorbimento di corrente molto basso, per prolun-

gare la durata delle batterie. Mol-ti importanti produttori di semicon-duttori sono attivamente impegnati nello sviluppo di componenti speci-ficamente rivolti al mercato medico; la collaborazione tra tutte le azien-de coinvolte a vario titolo nella mes-sa a punto di soluzioni biomediche si avvale anche di associazioni co-me la Continua Health Alliance. •

selezione di elettronica 162011

Smart Medical APPLICAZIONITECNOLOGIE

Insulet ha messo a punto un dispositivo innovativo per la somministrazione dell’insulina realizzato grazie al contributo della tecnologia Freescale.

Migliorare la cura per il diabete con l’elettronica

La sfida di Insulet era quella di creare una pompa per insulina (microinfusore) wireless, pri-

va di tubi e di facile utilizzo che in-coraggi i pazienti ad attenersi con maggiore precisione alle prescri-zioni mediche, migliorando quindi la qualità della vita dei pazienti af-fetti da diabete tipo 1. La soluzione implementata da Freescale è sta-ta quella di progettare un microcon-trollore con tecnologia wireless inte-grata, basato sull’architettura di co-re S08 a consumo energetico estre-mamente ridotto, in grado di soddi-sfare le esigenze di Insulet: mettere a punto un sistema di somministra-zione dell’insulina di piccole dimen-sioni, caratterizzato da una straordi-naria efficienza energetica, in grado di liberare i pazienti dai tubi di ero-gazione della sostanza. I vantaggi finali di questa realizzazione sono

si di diabete in soggetti dai 20 an-ni in avanti. Nel 2007 il costo totale dei casi di diabete diagnosticati ne-gli Stati Uniti è stato stimato a 174 miliardi di dollari. L’Organizzazione mondiale della sanità ha calcolato che il numero di posti letto ospeda-lieri a livello mondiale non sarà suf-ficiente a curare le persone affet-te da patologie croniche, per cui è sempre più sentita l’esigenza di ge-stire queste condizioni al di fuori dei tradizionali ambienti sanitari.

Insulet e il rivoluzionario OmniPod Insulet è nata dalla decisione di un padre di migliorare la tradizionale pompa per insulina a favore del fi-glio affetto da diabete. Una pompa per insulina sostituisce le moltepli-ci iniezioni giornaliere che i diabeti-ci devono farsi, senza contare che contribuisce a mantenere costan-te il livello di insulina nell’arco del-la giornata. Secondo Insulet, la te-

che la pompa per insulina Omni-Pod di Insulet passa inosservata, è resistente, wireless ed è facilissima da usare in quanto consiste di due soli componenti user-friendly che comunicano in modalità wireless.

Il costo delle patologie cronicheIl progresso medico e l’allunga-mento della vita media hanno reso la gestione delle patologie croniche una sfida diffusa e costosa. Il dia-bete tipo 1 è una patologia croni-ca che può avere gravi conseguen-ze se il paziente non è in grado di monitorare il tasso di zucchero nel sangue (glicemia) e di mantenerlo a livelli adeguati. Secondo la Ame-rican Diabetes Association, negli Stati Uniti 23,6 milioni di bambini e adulti, equivalenti al 7.8% della po-polazione, sono affetti da diabete; 57 milioni di persone sono in stato prediabetico e ogni anno vengono diagnosticati 1,6 milioni di nuovi ca-

a cura di Freescale

selezione di elettronica17 2011

APPLICAZIONI Smart Medical

TECNOLOGIE

rapia basata sulla pompa per insu-lina genera risultati clinici di gran lunga superiori, ma pochi pazien-ti affetti da diabete tipo 1 la utiliz-zano. Ha dichiarato Kevin Sch-mid, Vice President of operations and engineering di Insulet: “Gene-ralmente queste pompe sono co-perte dall’assicurazione medica ed è stato dimostrato che, nel lungo termine, provocano il minor nume-ro di complicazioni. Abbiamo intra-visto la possibilità di mettere a pun-to un dispositivo che semplicemen-te avrebbe migliorato la qualità del-la vita e lo stato di salute di queste persone”. Insulet ha sviluppato un design per la pompa superportati-le OmniPod. La terapia convenzio-nale comprende una pompa per in-sulina, un serbatoio, un infusore e i sottili tubi di plastica che collegano la pompa all’infusore, per cui il pa-ziente è legato alla pompa 24 ore al giorno, 365 giorni all’anno. “Questo tipo di terapia ha profonde riper-

cussioni sulla qualità della vita poi-ché condiziona le attività e gli sport che si possono praticare e persino il tipo di abbigliamento che è possi-bile indossare”, continua Schmid e aggiunge: “ma noi sapevamo che si poteva fare di meglio”. Il design ri-voluzionario di OmniPod compren-de solo due componenti: un pod in-dossabile che libera l’insulina e una specie di palmare denominato Pdm (Personal diabetes manager). Il pod viene portato per tre giorni, dopo di che viene sostituito da un altro pod; contiene 200 dosi di insulina ad azione rapida, il che è sufficien-te a soddisfare le esigenze del 95% dei pazienti affetti da diabete tipo 1.

Specializzazione nel medicale La tecnologia di Freescale svolge un ruolo critico nella messa a pun-to di nuove tecnologie utilizzate nel monitoraggio, nella diagnosi, nel-

la terapia e nelle tecniche di ima-ging. I progettisti di dispositivi me-dicali devono trovare il giusto equi-librio tra la velocità di elaborazio-ne e il consumo energetico, garan-tire un “time to market” rapido e la conformità alle normative in vigore. Freescale è un fornitore di fiducia di microcontrollori, microprocesso-ri, componenti analogici e di senso-ri, amplificatori RF e tecnologia wi-reless in grado di soddisfare le esi-genze specifiche dei design di ti-po medicale. Queste tecnologie vi-tali, unitamente ai tool abilitanti, al-le competenze e alle partnership di Freescale, aiutano i clienti a mette-re a punto sistemi medicali innova-tivi e applicazioni “life critical”. Fre-escale ha anche istituito un pro-gramma ufficiale di longevità dei prodotti per il segmento medicale con garanzia della disponibilità di una vasta gamma di dispositivi per un minimo di 15 anni. •

selezione di elettronica 182011

Smart Medical APPLICAZIONITECNOLOGIE

È possibile utilizzare protocolli standard, come l’Rfid-Iso 15693, per realizzare soluzioni applicative uniche che sfruttano architetture innovative integrate sul silicio come quella proposta da STMicroelectronics.

La logistica della catena del freddo nella sanità

Due dei principali nemici di farmaci e reagenti sono molto banali: tempo e tem-

peratura. I loro effetti possono cre-are enormi problemi, aumentare i costi e far perdere di efficacia al-la terapia, oltre ad appannare l’im-magine del fornitore. Un sistema preciso, economico e semplice per monitorare la data di scaden-za e le variazioni di temperatura subite da un farmaco prima di es-sere utilizzato, può far risparmiare tempo, denaro e addirittura salva-re delle vite. I produttori di farma-ci e reagenti, i loro clienti, le socie-tà di logistica e chi è direttamen-te addetto alle consegne, tutti gli interessati dovrebbero poter acce-dere alle informazioni sulle vicis-situdini subite dai prodotti duran-te le spedizioni. Il tutto grazie a si-ti Internet sicuri, usando un forma-

colti possono essere analizzati per determinare la durata di eventua-li esposizioni a temperature fuori norma. Poiché le variazioni di tem-peratura sono relativamente lente, è sufficiente eseguire le misure su intervalli abbastanza ampi: minuti, non secondi. Si può addirittura im-maginare di leggere i dati solo in presenza di variazioni della tem-peratura. Se, per esempio, la tem-peratura varia di meno di 1 °C non si esegue alcuna misura. Se inve-ce la variazione è più ampia dell’in-tervallo predefinito, si memorizza l’istante temporale in cui viene su-perata la soglia, e così via. In que-sto modo è possibile raccogliere e analizzare dati relativi a periodi di tempo relativamente lunghi. La re-alizzazione è semplice. Il sensore deve essere inizializzato e configu-rato prima della spedizione, quan-do si appone l’etichetta autoade-siva al pacco. L’inizializzazione del sistema avviene attivando i circu-iti a basso consumo interni all’eti-

to facile che sfrutta metodologie e terminologia standard.

La soluzione idealeL’idea è associare a ogni singo-lo collo di spedizione un’etichet-ta adesiva che contenga, in un vo-lume molto ridotto, un orologio in tempo reale o Rtc (Real time clock) per misurare il tempo trascorso, un elemento per l’identificazione a ra-diofrequenza (Iso 15693) e un sen-sore di temperatura. Quando un lettore Rfid, o qualunque altro let-tore Iso 15693, per esempio un si-stema Nfc, entra in comunicazio-ne con l’etichetta adesiva, nei pun-ti di controllo previsti, può accede-re alle informazioni immagazzina-te. Vengono letti i dati nell’etichetta intelligente che riportano la tempe-ratura e l’istante in cui è stata rile-vata. I dati, inizialmente, non sono elaborati: il valore della temperatu-ra rilevato, per esempio, ogni cin-que o dieci minuti viene associa-to all’istante di misura. I dati rac-

a cura di Pat Furlan, STMicroelectronics

selezione di elettronica19 2011

APPLICAZIONI Smart Medical

TECNOLOGIE

chetta e impostando nei registri dell’orologio in tempo reale le in-formazioni sulla data e l’ora cor-rente, tramite un sistema di scrittu-ra a radiofrequenza. Giunti a desti-nazione, è possibile scaricare i da-ti su computer ed eventualmente memorizzarli su un server web, per le analisi del caso. In questo modo, gli interessati possono sapere se il pacco è stato esposto a tempera-ture fuori norma che possono de-teriorare o addirittura rendere inef-ficace il medicinale, il reagente, il sangue, il prodotto medico o far-maceutico in questione.La prevenzione delle emergenze alimentari è un altro ambito in cui può essere importante misurare la temperatura in funzione del tempo. È possibile evitare intossicazioni conservando gli alimenti a tempe-rature che non superano i 4,4 °C, per inibire la crescita di microrga-nismi. Sensori come quello pre-cedentemente descritto permet-tono agli enti preposti al control-lo della qualità del cibo di verifica-

re che la temperatura di conserva-zione rispetti le normative previste dalla Food and Drug Administra-tion Haccp (Hazard analysis critical control points). Le società di tra-sporti che partecipano alla catena della fornitura possono trarre van-taggio da un sistema come quello descritto e che dà l’opportunità di dimostrare la propria efficienza re-gistrando le variazioni della tempe-ratura nel tempo, con eventuali im-plicazioni positive anche dal pun-to di vista dei costi delle polizze di assicurazione. I pazienti hanno la garanzia di usare un farmaco che non ha perduto di efficacia. Tutti gli operatori, dalle società farma-ceutiche a chi si occupa di logisti-ca fino al medico curante, posso-no avere la certezza che le caratte-ristiche del farmaco o del reagente non sono state alterate.

L’architettura e l’implementazioneGli elementi di base necessari per un sistema di questo tipo sono

un’antenna sintonizzata sulla fre-quenza di 13,56 MHz, una batte-ria, un semplice microcontrollore a 8 bit e un sistema Rfid con dop-pia interfaccia. Inoltre, è necessa-rio consumare pochissima energia per un funzionamento che sia il più lungo possibile, più del tempo ne-cessario per le spedizioni più lun-ghe, da un capo all’altro del globo. Il microcontrollore scelto nel no-stro esempio può funzionare con un’alimentazione di 1,8 V, mante-nendo costantemente in funzio-ne l’orologio in tempo reale con un assorbimento dell’ordine di poche centinaia di nA. Il dispositivo con doppia interfaccia dovrebbe ave-re un’uscita seriale I2C per comu-nicare con il microcontrollore, ol-tre ad un’uscita per la comunica-zione tramite protocollo standard Iso-15693. La soluzione deve fun-zionare con batterie di diverso ti-po: nel nostro esempio la piccola e usatissima cella al litio 2032 garan-tisce una durata di circa un anno.

Gli sviluppi futuriUn altro fattore di cui si deve tene-re conto è la diffusione degli smar-tphone di diverso tipo, iPhone, An-droid, con una gamma pressoché infinita di applicazioni. La nuova generazione di questi sistemi in-telligenti “connessi” permette di leggere i dati con facilità e di in-viarli in rete per ottimizzare la ge-stione della catena della fornitura. Molti smartphone prossimi ventu-ri avranno funzioni Nfc/Rfid e po-tranno sfruttare lettori Iso 15693 e Iso 14443, entrambi alla stessa frequenza. •

selezione di elettronica 202011

Smart Medical APPLICAZIONITECNOLOGIE

La tecnologia sviluppata da Silicon Biosystems, sfruttando le piattaforme hardware e software di National Instruments e le competenze di Sky Technology, apre la strada alla ricerca nell’isolamento di cellule tumorali circolanti e allo studio di cure oncologiche personalizzate.

Un sistema automatico per isolare cellule rare

L a sfida era quella di progetta-re, sviluppare e produrre uno strumento capace di indivi-

duare e isolare cellule tumorali cir-colanti con lo scopo di studiare cu-re personalizzate in campo oncolo-gico o cellule fetali nel sangue ma-terno, per consentire una diagnosi prenatale non invasiva.La soluzione di Silicon Biosy-stems si basa su una tecnolo-gia proprietaria “lab-on-chip” che sfrutta le potenzialità microelettro-

do. In accordo con questo principio elettrocinetico, chiamato dielettro-foresi o DEP, una particella neutra, quando è soggetta a campi elet-trici non uniformi, subisce una for-za diretta verso posizioni dello spa-zio con intensità di campo crescen-ti (o decrescenti). Più in particolare, una particella può essere soggetta a una forza pDEP oppure nDEP in funzione delle sue proprietà elettri-che (dipendenti dalla frequenza) e di quelle del mezzo in cui si trova in sospensione (Fig. 1). Nel sistema DEPArray il campo elettrico è gene-rato sulla superficie di un chip di si-licio (Fig. 2a) direttamente interfac-ciato a una camera microfluidica contenente la sospensione di cellu-le. Tale camera fluidica è confinata tra la superficie del chip e un coper-chio trasparente conduttivo distan-ziato poche decine di micrometri

niche di un substrato attivo di sili-cio e realizza, di fatto, un laborato-rio biologico miniaturizzato capace di manipolare individualmente cel-lule in sospensione. Il lab-on-chip di Silicon Biosystems è governato da un controllore embedded di Na-tional Instruments.

La tecnologia di Silicon BiosystemsLa tecnologia di Silicon Biosystems si basa sulla capacità di un campo elettrico di esercitare forze su parti-celle neutre polarizzabili (per esem-pio le cellule) sospese in un liqui-

Fig. 1 - Intrappolamento delle

cellule attraverso le gabbie DEP

a cura di National Instruments

selezione di elettronica21 2011

APPLICAZIONI Smart Medical

TECNOLOGIE

dal chip. La superficie del chip at-tivo implementa un array bidimen-sionale di micro locazioni, ciascu-na costituita da un elettrodo plana-re e circuiti logici integrati (Fig. 2b). Ciascun elettrodo può essere pro-grammato per realizzare una buca di potenziale (ovvero una gabbia di dielettroforesi) posizionata nella re-gione dello spazio corrispondente all’elettrodo; all’interno di ciascuna di tali gabbia di dielettroforesi una particelle può essere intrappolata in levitazione stabile per poi essere analizzata individualmente. L’analisi condotta su ciascuna cellula con-sente al sistema di effettuare sofi-sticate analisi basate sulle immagi-ni in fluorescenza grazie alle quali è possibile identificare le caratteristi-che peculiari che distinguono una cellula target da decine di migliaia di altre cellule contaminanti. Passo dopo passo le cellule target pos-sono essere movimentate in modo

indipendente ma simultaneamen-te verso una zona del chip da cui possono essere recuperate in mo-do automatico mediante controllo microfluidico.

Un sistema avanzato e flessibileLa piattaforma proprietaria di Sili-con Biosystems DEPArray è un si-stema tecnologicamente avanza-to, flessibile e di facile utilizzo (Fig. 4). DEPArray gestisce meccanica di alta precisione, microfluidica, stru-mentazione elettronica Cots e cu-stom, visione e image-processing permettendo all’utente di eseguire il work-flow riassunto dai seguenti step fondamentali:• caricamento del campione me-

diante controllo microfluidico;• acquisizione di immagini in cam-

po visibile e fluorescenza e anali-si delle immagini;

• identificazione e selezione delle

cellule target mediante interfac-cia grafica utente;

• sorting automatico delle cellule target identificate;

• recupero delle cellule target con controllo microfluidico.

Tutti questi step fanno uso di tec-nologie hardware e software di Na-tional Instruments.

• Caricamento del campione - Il caricamento del campione è un processo delicato. LabView con-trolla il gruppo pompe per crea-re all’interno della camera micro-fluidica i gradienti di pressione ne-cessari a far fluire il campione dal serbatoio di ingresso all’interno del chip. Il processo di caricamento viene monitorato e controllato au-tomaticamente dal sistema utiliz-zando algoritmi implementati con le librerie di visione Vision Develop-ment Module.

Fig. 4 - La macchina da laboratorio DEPArray

selezione di elettronica 222011

Smart Medical APPLICAZIONITECNOLOGIE

campo chiaro: LabView controlla il sistema di movimentazione su cui è alloggiato il chip con precisione mi-crometrica e gestisce il processo di acquisizione, di image processing e di visualizzazione (Vision Develop-ment Module) delle immagini digi-tali ad alta risoluzione provenienti dal microscopio.• Selezione - In questo step DEPArray mette a disposizio-ne dell’utente una potente inter-faccia uomo-macchina sviluppa-ta in LabView integrato con il Fra-mework.NET per la classificazio-ne e la selezione delle cellule target (Fig. 3). Le cellule possono essere analizzate sotto diversi aspetti per validarne la natura. L’interfaccia vi-sualizza scatter plot o istogrammi delle misure effettuate durante lo step di analisi e fornisce una rap-presentazione in forma di tabella di tutte le misure effettuate sulle im-magini. Per ogni cellula seleziona-ta viene inoltre mostrata la galleria delle immagini acquisite per con-sentire all’utente di integrare le mi-sure effettuate dal calcolatore con una valutazione morfologica.

• Cattura e analisi - Una vol-ta che il campione è stato carica-to sul chip, LabView controlla tut-te le linee I/O che servono per cre-are la configurazione dell’array di elettrodi del chip al fine di ingabbia-re le cellule e tenerle in sospensio-ne durante tutte le fasi del proces-so garantendo un controllo robu-sto e affidabile del sistema. L’ana-lisi del campione è ottenuta attra-verso la scansione ottica dell’inte-ra superficie del chip con moltepli-ci filtri in fluorescenza oltre che in

• Sorting automatico - In questo step, in funzione della mappa del-le cellule e di quella degli ostaco-li, LabView crea dinamicamente la configurazione dell’array di elettro-di del chip capace di far muovere ciascuna cellula di interesse indivi-dualmente e simultaneamente dal-la posizione iniziale sino al punto di recupero. Il controllo digitale del-la movimentazione eseguito su cia-scuna cellula di interesse consente al sistema di ottenere una purezza di sorting elevata.• Recupero - In questo step LabView interagisce con il grup-po di pompe peristaltiche per cre-are all’interno della microcamera di recupero del chip il gradiente di pressione necessario a far defluire la porzione di buffer contenente la o le cellule selezionate sul suppor-to di recupero. Il processo di sor-ting e di recupero può essere ite-rato consentendo la raccolta sepa-rata di molteplici cellule purificate che saranno poi destinate all’ana-lisi genetica eseguita tramite tecni-che tradizionali di biologia moleco-lare.

Fig. 3 - Interfaccia grafica

per l’analisi delle cellule

Fig. 2b - Layout

del chip di DepArray

•

Fig. 2a - Il microchip DEPArrayTM

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selezione di elettronica 242011

Smart Medical ARGOMENTIINTERVENTI

Notevole successo di pubblico per l’incontro organizzato da Selezione di Elettronica in collaborazione con Farnell Italia. Nell’ambito dell’evento si sono svolti un convegno scientifico e sei workshop tecnici, affiancati da un’interessante area espositiva.

Il Medical Technology Event

Questa pubblicazione nasce come iniziativa comple-mentare al Medical Tech-

nology Event che Selezione di Elettronica ha organizzato a Mila-no lo scorso 6 ottobre, in collabora-zione con Farnell Italia. L’evento, rivolto alla Medical Design Commu-nity, si è articolato in due parti prin-cipali: al mattino una sessione con-vegnistica con interventi di eleva-to valore scientifico, nel pomeriggio una serie di workshop tecnici in cui sono state affrontate le problemati-che tecnologiche e applicative del settore elettromedicale. Parallela-mente al convegno e ai workshop, l’evento ha offerto un’interessan-te area espositiva e un’area dimo-strativa dove sono stati presentati casi applicativi reali. La giornata si è conclusa con la premiazione dei progetti vincitori del concorso pro-mosso da element14, la comunità dei progettisti di Farnell.

Milano ha illustrato un progetto di ri-cerca rivolto alla tracciabilità dei far-maci all’interno delle strutture sani-tarie; Carla Amadio dell’ospedale Sacco di Milano e Umberto Noc-co dell’ospedale Macchi di Vare-se hanno parlato del ruolo dell’in-gegnere clinico; Federico Cesa-ri dell’Associazione Italiana di Bio-ingegneria ha offerto una panora-

Il convegnoLa sessione convegnistica del mat-tino, seguita da un folto pubblico di addetti ai lavori (oltre 210 i presenti) e moderata dal direttore responsa-bile di Selezione di Elettronica, Pie-rantonio Palerma, si è aperta con l’intervento del presidente di As-sobiomedica, Stefano Rimondi (pag. 26). Le nove relazioni seguen-ti (qui riassunte da pag. 28 a pag. 37) hanno affrontato temi di natu-ra più tecnica. Pietro Torrusio di TBS Group ha parlato dei vantag-gi offerti dall’outsourcing dei servizi di gestione delle tecnologie biome-diche; Philippe Mattelaer di Imec ha illustrato le ricerche che il grande istituto di ricerca belga sta condu-cendo nell’ambito della “mobile he-alth”; Mario Malcangi e altri ricer-catori dell’Università di Milano (Mat-teo Fanfulla e Salvatore Ferullo) han-no descritto progetti finalizzati alla realizzazione dello stetoscopio digi-tale e all’analisi del segnale Ecg per identificare lo stato fisiologico di un soggetto; Alberto Sanna dell’Isti-tuto Scientifico San Raffaele di

di Roberto Frazzoli

selezione di elettronica25 2011

ARGOMENTI Smart Medical

INTERVENTI

mica sul tema della sicurezza del-le apparecchiature elettromedica-li, approfondendo le novità della Di-rettiva 2007/47/CE; Marco Orsini Federici di Medtronic è interve-nuto sul tema del monitoraggio dei pazienti cronici, presentando inno-vazioni nel campo delle aritmie car-diache e del diabete; Fabio Gran-di del gruppo Bellco ha parlato del

futuro dell’emodialisi, illustrando le possibilità che riguardano l’elimina-zione selettiva di specifici gruppi di molecole; infine Giuseppe Giorgi-ni di Silicon Biosystems ha de-scritto il sistema DEPArray, realizza-to con il contributo di National In-struments, che sfrutta il fenomeno della dielettroforesi per selezionare singole cellule rare.

I workshop tecniciNel pomeriggio si sono svolti sei workshop tecnici dedicati a diversi aspetti delle tecnologie rivolte ai si-stemi elettromedicali: semicondut-tori (con la partecipazione di Fre-escale e di STMicroelectronics), alimentazione (a cura di XP Power e Powerbox) e strumentazione (con interventi di National Instru-ments e LeCroy). Le relazioni pre-sentate nel corso di questi “track” paralleli (qui riassunte da pag. 38 a pag. 42) hanno offerto ai parte-cipanti una panoramica sulle solu-zioni tecnologiche più avanzate. Al termine il pubblico ha assistito al-la premiazione dei progetti vincito-ri del concorso promosso da ele-ment14 (presentati da pag. 44). •

selezione di elettronica 262011

Smart Medical ARGOMENTIINNOVAZIONE

Assobiomedica dà grande importanza all’innovazione tecnologica. Per alcune categorie di prodotti biomedicali il ruolo dell’elettronica è decisivo.

R&D, linfa vitale per il biomedicale

L’attività di ricerca e sviluppo è

fondamentale per le aziende ita-

liane del settore biomedicale, chia-

mate a mettere a punto prodotti in-

novativi per rispondere alle esigen-

ze della classe medica; le tecnologie

elettroniche, in questo quadro, gioca-

no un ruolo chiave. è questa, in sin-

tesi, la posizione espressa da Stefa-no Rimondi, presidente di Assobio-medica, nel corso del suo intervento

al Medical Technology Event. Com’è

noto, Assobiomedica è l’associazio-

ne imprenditoriale di Confindustria

che rappresenta le imprese che for-

niscono alle strutture sanitarie italiane

strumenti e tecnologie biomediche e

diagnostiche. Da queste aziende, ol-

tre 250, il Servizio Sanitario Nazionale

acquista beni per un ammontare an-

nuo di circa 6 miliardi di euro. Natural-

mente solo una parte di questo mer-

cato è costituito da prodotti che com-

prendono parti elettroniche: i soci di

Assobiomedica, infatti, forniscono

una grande varietà di articoli per uso

sanitario, dalle siringhe ai disinfettan-

ti, dalle medicazioni ai reattivi chimici.

Rapido rinnovamento dei prodottiL’importanza che Assobiomedica as-

segna alle attività di ricerca e sviluppo

si lega alle peculiarità di questo mer-

pilastri su cui si fonda l’innovazione in

campo biomedicale, insieme ad altre

tecnologie come lo sviluppo di mate-

riali plastici innovativi. In alcuni spe-

cifici settori, come la diagnostica per

immagini, l’elettronica gioca un ruo-

lo decisivo”. Ma quali sono oggi le ri-

chieste che le aziende del settore bio-

medicale avanzano nei confronti dei

loro fornitori di soluzioni elettroniche?

“Pur nella diversità delle applicazioni,

due requisiti fondamentali per l’intero

settore biomedicale sono la miniatu-

rizzazione e il basso consumo, carat-

teristiche particolarmente importanti

per i sistemi portatili e per i dispositivi

impiantabili”, ha sostenuto Rimondi.

Un settore da valorizzareAffrontando temi di natura economi-

ca e politica, nella parte finale del pro-

prio intervento il presidente di Asso-

biomedica ha espresso ottimismo per

il futuro del settore: le aziende, infatti,

manifestano una forte capacità di in-

novazione e collaborano strettamente

con tutte le eccellenze cliniche italia-

ne. Rimondi ha tuttavia aggiunto che

finora l’interlocutore politico non è

stato capace di valorizzare adeguata-

mente questo comparto ed ha quin-

di auspicato una maggiore attenzione

da parte delle istituzioni.

cato. “I prodotti del settore biomedi-

cale hanno un ciclo di vita breve, so-

prattutto se paragonato a quello dei

farmaci: le nostre aziende rinnovano il

50% dei loro cataloghi nell’arco di tre

anni. è importante sottolineare che il

nostro sforzo di innovazione tecnolo-

gica è sempre coordinato e condiviso

con la ricerca clinica, cioè con le ne-

cessità manifestate dalla classe medi-

ca”, ha sostenuto Rimondi.

L’importanza dell’elettronicaIn questo quadro l’elettronica è una

delle tecnologie su cui i soci di Asso-

biomedica contano per continuare a

sfornare prodotti all’avanguardia. Ha

spiegato Rimondi: “L’attività di ricer-

ca e sviluppo riguardante le tecnolo-

gie elettroniche è certamente uno dei •

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LIBERATINGFreeing people to live a fuller, healthier life is inspiring the next generation of home medical devices, displays and connectivity technology. In-home diagnostics and therapy devices, remote monitoring and telehealth empower patients and enable better access to health care. Improved access to medical records and more efficient health care team collaboration help optimize patient outcomes. It all translates to better health care for everyone. And we’re here to help you make it happen. A safer, healthier, more connected world. Let’s make it. Learn more at freescale.com/make-it-liberating

Freescale and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc., Reg. U.S. Pat. & Tm. Off. © 2011 Freescale Semiconductor, Inc.

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selezione di elettronica 282011

Smart Medical ARGOMENTIOUTSOURCING

Delegare all'esterno la gestione dei sistemi biomedici e informatici offre agli ospedali notevoli risparmi. Tra i protagonisti del settore l’italiana TBS Group.

Cresce l’outsourcing, calano i costi

Apparecchiature mediche com-

puterizzate, sistemi di informati-

ca medica, sistemi di teleassistenza e

telemedicina: tutti gli ospedali si affi-

dano in misura crescente alle soluzio-

ni Ict, ma non tutti dispongono al loro

interno delle competenze necessarie

per scegliere, installare e gestire que-

sti apparati in modo ottimale. In pas-

sato le inefficienze erano all’ordine del

giorno, anche per la mancanza di si-

nergie tra l’ingegneria clinica e l’infor-

matica ospedaliera. Da alcuni anni a

questa parte, però, il quadro è cam-

biato, anche per effetto dei nuovi vin-

coli posti alla spesa sanitaria e per la

progressiva convergenza tecnologica

ambito ospedaliero: apparecchiature

mediche, informatica medica, teleas-

sistenza e telemedicina. Le più avan-

zate strutture sanitarie iniziano ad ac-

quistare e gestire tutti questi sistemi

con una visione integrata, mentre si

registrano sinergie commerciali an-

che a livello di servizi.

L’espansione di TBS GroupQuesto è il contesto in cui si è svilup-

pata l’attività di TBS Group, azienda

fondata nel 1987 a valle di un proget-

to del Cnr. Come ha spiegato Torru-

sio, dal 2000 in poi la società ha am-

pliato notevolmente il proprio raggio

d’azione tramite una serie di acquisi-

zioni; tra le operazioni principali van-

no ricordate, nel 2004, l’acquisizione

delle attività di Servizi di Ingegneria

Clinica di GE (con sedi in Gran Breta-

gna, Spagna, Francia, Germania, Bel-

gio, Portogallo) e successivamente

altre aziende in Olanda, Spagna, Ger-

mania, Italia e India. È degli ultimi an-

ni, inoltre, la costituzione di TBS Ser-

bia e di joint venture in Arabia Saudi-

ta e in Cina. Tramite questa espansio-

ne geografica, ha affermato il relatore,

TBS Group intende sfruttare l’espe-

rienza e il know-how italiano per dive-

nire protagonista in Europa e in Asia

nel campo dei servizi per le tecnolo-

gie biomediche in outsourcing.

tra i diversi settori della Ict utilizzata in

ambito medico. In questo nuovo con-

testo gli ospedali ricorrono sempre

più spesso all’outsourcing dei servi-

zi di gestione delle tecnologie biome-

diche, risparmiando denaro e miglio-

rando la qualità delle cure. Il conve-

gno di “Selezione di Elettronica” ha vi-

sto la partecipazione di uno dei princi-

pali protagonisti nel settore dei servi-

zi per le tecnologie biomediche: la so-

cietà TBS Group, che dalla sua sede

di Trieste controlla consociate in do-

dici paesi.

Crescita e convergenzaPietro Torrusio, direttore generale

delle operazioni internazionali di TBS

Group, ha spiegato che il mercato

dell’outsourcing è in crescita in tutto

il mondo. Particolarmente sviluppato

il mercato italiano dei servizi di inge-

gneria clinica, che valeva 204 milioni

di euro nel 2008 e che sta crescen-

do con un tasso composto annuo del

10-15%. Più bassi, ma comunque in-

teressanti, sono i tassi di crescita pre-

visti da Frost & Sullivan per il mercato

His (Healthcare Information System)

nell’Europa occidentale, che si atte-

stano intorno al 3,3% annuo. Torru-

sio ha inoltre sottolineato che si as-

siste oggi a un progressiva conver-

genza tra le diverse applicazioni Ict in •

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selezione di elettronica 302011

Smart Medical ARGOMENTIMOBILITà

La realizzazione di minuscoli sistemi portatili per il monitoraggio del paziente richiederà ulteriori riduzioni dei consumi. Tra i più attivi in questo campo l’istituto belga Imec.

Mobile health, la ricerca prosegue

L’obiettivo è chiaro: tenere sot-

to continuo controllo il funziona-

mento dei principali organi, tramite

dispositivi sufficientemente piccoli da

poter essere applicati permanente-

mente sul corpo del paziente. Possi-

bile, si, ma a patto di sviluppare ulte-

riormente le tecnologie microelettro-

niche necessarie per realizzare que-

sti minuscoli sistemi portatili. Lo sta-

to dell’arte della “mobile health” è sta-

to illustrato da Philippe Mattelaer di

Imec, un grande istituto belga (1900

persone, 300 milioni di euro il fattura-

to annuo) che riveste un ruolo di asso-

luto rilievo a livello mondiale nel cam-

po della ricerca microelettronica.

Miniaturizzazione per Ecg ed EegMattelaer ha innanzitutto ricordato

che il mercato dell’elettronica di con-

sumo offre già alcuni prodotti basati

su sensori indossabili, perlopiù rivol-

ti al fitness. Ha poi illustrato le ricer-

che condotte da Imec nel campo del-

la miniaturizzazione degli elettrocar-

diografi e degli elettroencefalografi.

L’istituto belga ha infatti realizzato un

piccolissimo Ecg in forma di ciondo-

lo, che consente ad esempio il rileva-

mento delle crisi epilettiche e della fi-

brillazione atriale (un evento, quest’ul-

timo, molto raro, che richiede tempi

Ridurre i consumi, misurare l’impedenzaMattelaer ha infine passato in ras-

segna le sfide che la ricerca dovrà

affrontare per trasformare in realtà

le promesse della “mobile health”.

Uno degli obiettivi principali è la

maggiore durata delle batterie: per

ottenere l’autonomia desiderata, il

consumo di un tipico sistema elet-

tronico indossabile dovrà scendere

a 100 microwatt. Occorrerà pertan-

to un’ottimizzazione complessiva:

negli elettrocardiografi, ad esem-

pio, l’elaborazione digitale neces-

saria per individuare il picco R po-

trà essere sostituita da un’elabora-

zione analogica, che consuma me-

no energia. Un altro fronte di ricerca

è l’eliminazione dei disturbi dovuti ai

movimenti del paziente, che altera-

no i segnali elettrici provenienti dal

corpo. Poiché queste alterazioni so-

no dovute a variazioni dell’impeden-

za tra l’elettrodo e la pelle, Imec ha

sviluppato un chip che consente di

misurare questo parametro e quin-

di di applicare correzioni al segna-

le rilevato. Occorrerà, infine, miglio-

rare la comodità d’uso dei dispositi-

vi indossabili, ad esempio ricorren-

do ad “abiti intelligenti” che integra-

no nel tessuto circuiti flessibili ed

estensibili.

di monitoraggio superiori a quelli dei

normali sistemi Holter). Il dispositivo

impiega prevalentemente componenti

standard, ma ha richiesto lo sviluppo

di tecnologie ad hoc per il front-end

analogico (a bassissimo consumo,

per aumentare la durata della batte-

ria) e per l’algoritmo di elaborazione

del segnale cardiaco (che deve esse-

re insensibile ai disturbi provocati dal

movimento del corpo). Imec ha svilup-

pato anche un elettroencefalografo in

forma di cuffia, che promette di porta-

re in ambito domestico le prestazioni

tipiche dei sistemi ospedalieri. Basa-

to su comuni elettrodi a secco e sul-

la trasmissione wireless dei segnali ri-

levati, il sistema impiega un apposito

Asic a bassissimo consumo che con-

sente un’autonomia di tre giorni. •

selezione di elettronica31 2011

ARGOMENTI Smart Medical

RICERCA

Stetoscopio digitale e analisi del segnale Ecg per identificare lo stato fisiologico di un soggetto sono i principali filoni di ricerca nel campo del Biomedical Signal Processing.

Cuore, in arrivo la diagnosi automatica

È coordinato dal professor Mario Malcangi, docente all’Universi-

tà degli Studi di Milano, il gruppo di

ricercatori che studia l’applicazione

dei Dsp all’elaborazione dei segnali di

origine biomedica. Come ha spiega-

to lo stesso Malcangi, il filone di ricer-

ca più promettente riguarda il segna-

le cardiaco, che può essere acquisito

in modo non invasivo (tramite micro-

foni o elettrodi) e si presta all’appli-

cazione di modelli inferenziali. In altri

termini, grazie ad opportune elabora-

zioni del segnale cardiaco è possibile

formulare automaticamente diagno-

si che riguardano la salute del cuo-

re o lo stato fisiologico di un sogget-

to. L’approccio computazionale pre-

scelto dai ricercatori milanesi preve-

de una combinazione tra tecniche di

“hard computing” basate su Dsp e

tecniche di “soft computing” che im-

piegano la fuzzy logic e le reti neura-

li artificiali.

Lo stetoscopio digitaleLe ricerche riguardanti lo stetoscopio

digitale sono state illustrate da Mat-teo Fanfulla dell’Università di Mila-

no, che ha esordito ricordando le li-

mitazioni dello stetoscopio tradizio-

nale: le sue prestazioni dipendono

dalla capacità uditiva del medico e

sono disturbate dal rumore ambien-

comprende una fase di segmentazio-

ne del segnale e una fase di diagnosi

delle patologie. La sperimentazione

ha dimostrato un tasso di successo

dell’89,5% per la fase di segmenta-

zione e un tasso compreso tra 73,1%

e 95,4% per la fase di diagnosi.

Analisi del segnale EcgSalvatore Ferullo dell’Università di

Milano ha quindi illustrato le ricerche

riguardanti l’analisi del segnale Ecg

per l’identificazione automatica del-

lo stato fisiologico di un soggetto: ad

esempio stanchezza, affaticamento,

alterazione da alcool e/o da stupe-

facenti. L’algoritmo di identificazione

si basa sulla variabilità della frequen-

za cardiaca: lo spettro della densità

di potenza di questo parametro, e in

particolare il rapporto tra le alte e le

basse frequenze, fornisce infatti in-

dicazioni sull’attività del sistema ner-

voso vegetativo, le quali sono ricon-

ducibili allo stato fisiologico del sog-

getto. Il modello di analisi, basato sui

dati della letteratura medica, è stato

scritto in Matlab e quindi trasferito su

un prototipo di piattaforma embed-

ded che impiega convertitori A/D e

processori Dsp di Texas Instruments.

Il prototipo è rivolto alla futura realiz-

zazione di un prodotto “medical con-

sumer”.

tale, inoltre lo strumento ovviamen-

te non consente comparazioni tra au-

scultazioni successive (se non nel-

la memoria del medico). Il nuovo ste-

toscopio digitale sviluppato a Mila-

no impiega un sistema di soppres-

sione del rumore ambientale basa-

to sull’impiego di due microfoni, uno

dei quali acquisisce unicamente il ru-

more per consentire un processo di

cancellazione per sottrazione; la can-

cellazione deve però essere effettua-

ta utilizzando un algoritmo partico-

lare, poiché i due microfoni si trova-

no in situazioni diverse. Lo strumen-

to è dotato inoltre di funzioni di ana-

lisi automatica dei suoni cardiaci, ba-

sate su un particolare algoritmo che

•

selezione di elettronica 322011

Smart Medical ARGOMENTIIDENTIFICAZIONE

Il San Raffaele di Milano è in prima linea nelle ricerche sulla tracciabilità dei farmaci nelle strutture sanitarie, una soluzione per migliorare la sicurezza dei pazienti.

Identificazione automatica in ospedale

Sebbene siano fortunatamente ra-

ri, i casi di “malasanità” ci ricor-

dano che per il paziente il ricove-

ro ospedaliero può comportare an-

che dei rischi. Tra essi è compresa

la possibile somministrazione di far-

maci errati, un’eventualità non remo-

ta considerando il rapporto nume-

rico tra infermieri e pazienti. Le tec-

nologie dell’informazione offrono già,

da decenni, una soluzione utilizzabi-

le per scongiurare questo rischio: si

tratta dell’identificazione automati-

ca, la tecnica basata sui collaudatis-

simi codici a barre o sulle più innova-

tive etichette a radiofrequenza. Natu-

ralmente l’adozione di una nuova tec-

letto) e quello riportato sulla confezio-

ne del farmaco. Sanna ha sottolinea-

to che in Italia le confezioni dei farma-

ci riportano due diversi codici a bar-

re, uno dei quali rappresenta il codi-

ce prodotto e l’altro il numero di serie;

quest’ultimo può essere sfruttato per

le applicazioni di tracciabilità.

Prospettive futureI progetti di ricerca sulla tracciabi-

lità dei farmaci in ospedale puntano

alla realizzazione del “carrello intelli-

gente”, ovviamente con riferimento al

carrello utilizzato dagli infermieri per

portare i farmaci ai pazienti; l’uso del-

le tecnologie di identificazione auto-

matica consentirà di evitare gli erro-

ri, pur lasciando all’operatore la pos-

sibilità di prendere decisioni. Un’al-

tra prospettiva di sviluppo nel cam-

po della tracciabilità riguarda l’arma-

dio dei farmaci posto nella guardiola

degli infermieri, che potrà essere do-

tato di lettori Rfid (identificazione a ra-

diofrequenza) per leggere le etichette

poste sulle confezioni dei farmaci. La

lettura avverrà automaticamente nel

momento in cui i farmaci vengono im-

messi o estratti dall’armadio. L’Istitu-

to Scientifico San Raffaele partecipa

anche ad altri progetti di ricerca rivol-

ti allo sviluppo di indicatori di sicurez-

za e alla chirurgia robotica.

nologia in ambito sanitario comporta

una serie di considerazioni non stret-

tamente tecnologiche, che coinvolgo-

no delicati aspetti organizzativi. Oc-

corre quindi un’attività di ricerca per

individuare la soluzione migliore. Que-

sto è il fronte su cui è impegnata una

struttura sanitaria di eccellenza come

l’ospedale San Raffaele di Milano, che

partecipa a numerosi progetti di ricer-

ca nel campo della tracciabilità dei

farmaci e in altri settori.

La tracciabilità dei farmaciCome ha spiegato, Alberto Sanna,

responsabile del settore “e-services

for Life & Health” dell’Istituto Scien-tifico San Raffaele, la tracciabilità

dei farmaci è uno dei principali cam-

pi applicativi in cui l’identificazione

automatica può essere utilizzata per

migliorare la sicurezza del paziente,

l’aderenza alla terapia, la riservatezza

e l’efficienza del processo di cura. La

ricerca condotta a Milano si propo-

ne di garantire la tracciabilità dei far-

maci nell’intero percorso che va dal-

la farmacia dell’ospedale fino al letto

del paziente, passando per l’armadio

che si trova nella guardiola degli infer-

mieri. Il sistema sperimentato si ba-

sa sull’associazione univoca tra il co-

dice a barre che identifica il pazien-

te (applicato su un apposito braccia- •

selezione di elettronica33 2011

ARGOMENTI Smart Medical

PROFESSIONI

Valutare gli apparati biomedicali per compiere acquisti oculati è un compito difficile, che spesso le grandi strutture sanitarie affidano a professionisti specializzati.

Il ruolo dell’ingegnere clinico

Negli ultimi anni il panorama del-

le professionalità presenti all’in-

terno degli ospedali si è arricchito di

una nuova figura: l’ingegnere clinico,

il professionista che partecipa alla cu-

ra della salute garantendo un uso si-

curo, appropriato ed economico del-

la strumentazione e delle attrezzatu-

re biomedicali e info-telematiche. Il

ruolo dell’ingegnere clinico è stato il-

lustrato da Carla Amadio e da Um-berto Nocco, responsabili dei servi-

zi di ingegneria clinica rispettivamen-

te presso gli ospedali Sacco di Mila-

no e Macchi di Varese. Come hanno

spiegato i relatori, le due strutture sa-

nitarie possiedono un parco tecnolo-

gico di tutto rispetto: l’ospedale Mac-

chi dispone di 8000 apparecchiatu-

re per un valore di rinnovo di 95 mi-

lioni di euro, mentre l’ospedale Sacco

ha 5000 apparecchiature e il valore di

rinnovo è pari a 40 milioni di euro.

Compiti consolidati e innovativiAmadio e Nocco hanno illustrato l’at-

tività dell’ingegnere clinico, sottoli-

neando che ai compiti consolidati si

aggiungono oggi vari compiti innova-

tivi. Tra i primi sono compresi lo “he-

alth technology assessment”, la pia-

nificazione degli acquisti, la gestio-

ne informatizzata del parco tecno-

Il processo di valutazioneAmadio e Nocco hanno sottolinea-

to l’importanza del processo di va-

lutazione delle nuove apparecchiatu-

re biomedicali, processo che deve te-

nere conto di numerosi aspetti: la ri-

spondenza a direttive e normative; la

conformità alle richieste della struttu-

ra sanitaria; le caratteristiche di fles-

sibilità, modularità ed ergonomia; le

conseguenze sul rischio clinico; la ne-

cessità di formazione degli utilizzato-

ri; l’assistenza tecnica; i costi di ac-

quisto, manutenzione e dei materia-

li di consumo ecc. La valutazione,

hanno concluso i relatori, è parte in-

tegrante del processo produttivo del-

la sanità e richiede l’intervento di tec-

nici specializzati. L’ingegnere clinico

è appunto la figura professionale che

possiede le competenze per valutare

le apparecchiature biomedicali e info-

telematiche utilizzate in sanità.

prendono attività riguardanti la ge-

stione del rischio, la telemedicina e

la Ict nel suo complesso, la certifica-

zione, l’accreditamento di eccellen-

za, il controllo di gestione e un coin-

volgimento nel comitato etico. I pro-

fessionisti iscritti all’Associazione

Italiana Ingegneri Clinici sono 591.

La tecnologia oggiCome hanno sostenuto i relatori, og-

gi la tecnologia è parte integrante del

processo diagnostico e terapeutico.

Per il clinico essa rappresenta una

fonte di informazione sullo stato del

paziente, un sostegno alle decisio-

ni cliniche, un sostegno alla vita del

paziente. Per la struttura sanitaria, la

tecnologia costituisce invece un in-

vestimento significativo, un costo di

gestione, una potenziale prestazione

sanitaria e una possibilità di marke-

ting verso i pazienti. •

logico, l’ingegneriz-

zazione del proces-

so manutentivo, la

verifica sulla sicurez-

za e qualità delle ap-

parecchiature, la for-

mazione del perso-

nale sanitario che uti-

lizza le apparecchia-

ture. I compiti inno-

vativi, invece, com-

selezione di elettronica 342011

Smart Medical ARGOMENTISICUREZZA

La riduzione dei rischi nell’ambiente ospedaliero è oggetto di un quadro normativo complesso e in evoluzione. Tra le novità la direttiva 2007/47/CE.

La sicurezza delle apparecchiature

La sicurezza è un aspetto impor-

tante per tutti gli apparati elettri-

ci ed è fondamentale per le apparec-

chiature elettromedicali utilizzate ne-

gli ospedali, che potenzialmente pos-

sono esporre a seri rischi i pazienti e

il personale medico. Non a caso, il te-

ma ha ricevuto grande attenzione dal

legislatore comunitario e dagli enti di

normazione tecnica. Una panorami-

ca sulle leggi e sulle norme in vigore

è stata fornita da Federico Cesari, socio fondatore dell’Associazione Italiana di Bioingegneria. Introdu-

cendo il tema, Cesari ha ricordato che

la riduzione dei rischi va perseguita a

tre livelli: sicurezza diretta (imposizio-

ni sul costruttore), sicurezza indiretta

(verifiche di sicurezza, manutenzione

preventiva) e sicurezza indicativa (la

formazione dell’utilizzatore).

La direttiva 93/42/CE e la norma Cei 64-8Il relatore ha poi richiamato vari aspet-

ti della direttiva 93/42/CE sui disposi-

tivi medici (espressione comprenden-

te le apparecchiature elettromedica-

li), che ha introdotto gli obblighi del-

la certificazione e della marcatura CE.

Ai fini della certificazione, questi pro-

dotti sono classificati in quattro cate-

gorie: Classe I, che comprende tut-

ti i dispositivi non invasivi; Classe IIa,

2007/47/CE, che modifica la prece-

dente 93/42/CE. Tra esse la neces-

sità di una valutazione clinica dei di-

spositivi medici con relativo aggior-

namento “post-marketing” per la sor-

veglianza del mercato; modifiche al-

le regole di classificazione dei dispo-

sitivi; l’obbligo di validazione del sof-

tware contenuto nei dispositivi medi-

ci; l’introduzione di controlli da parte

del fabbricante sui propri contoterzi-

sti; un’attenzione specifica all’even-

tuale rilascio di sostanze dannose e

al design per la sicurezza del pazien-

te anche disabile. Si stima che le no-

vità introdotte dalla direttiva 2007/47/

CE comporteranno un aumento dei

costi dei dispositivi medici compreso

tra il 5 e l’8%.

Infine Cesari ha passato in rassegna

altre leggi e norme riguardanti le ap-

parecchiature elettromedicali: la di-

rettiva 374/85 sulla responsabilità ci-

vile e professionale da prodotto di-

fettoso; le norme contenute nel Te-

sto unico sulla sicurezza; la nuova

norma tecnica Iec 62353, lungamen-

te attesa, applicabile ai collaudi effet-

tuati dopo le riparazioni degli appa-

rati elettromedicali; la terza edizione

della norma Cei 62-5, che riconosce

l’esistenza di un legame tra la “sicu-

rezza fondamentale” e le prestazioni

dell’apparecchiatura.

comprendente i dispositivi attivi desti-

nati alla diagnosi diretta o a un con-

trollo dei processi vitali; Classe IIb,

che include i dispositivi attivi destinati

alla diagnosi diretta ove la natura del-

la variazioni sia tale da creare un pe-

ricolo immediato per il paziente; Clas-

se III, dispositivi impiantabili o invasivi

a lungo termine. Cesari ha poi citato la

norma Cei 64-8 sugli impianti elettri-

ci per quanto riguarda la classificazio-

ne dei locali ad uso medico: gruppo

0 (ambulatori e locali per massaggi),

gruppo 1 (radiologia), gruppo 2 (chi-

rurgia, terapia intensiva).

La direttiva 2007/47/CE e le altre normeIl relatore ha quindi illustrato le prin-

cipali novità introdotte dalla direttiva •

selezione di elettronica35 2011

ARGOMENTI Smart Medical

MONITORAGGIO

Aritmie cardiache e diabete sono le aree su cui si concentrano gli sviluppi tecnologici per controllare a distanza il paziente. Le innovazioni di Medtronic.

Il monitoraggio dei pazienti cronici

Le innovazioni tecnologiche in cam-

po biomedicale possono contri-

buire in modo significativo a migliora-

re la qualità della vita dei pazienti cro-

nici, sia eliminando gli inconvenienti

connessi agli apparati tradizionali, sia

offrendo nuove soluzioni per la ge-

stione delle terapie. Alcuni interessan-

ti esempi in questo senso sono sta-

ti forniti da Marco Orsini Federici, CBD Education and Medical Rela-

tions Manager della società statuni-

tense Medtronic.

Risonanza magnetica e pacemakerNel campo dei dispositivi per il moni-

toraggio e la terapia delle aritmie car-

diache, una delle innovazioni recente-

mente introdotte da Medtronic consi-

ste nella realizzazione di pacemaker

che consentono al paziente di sotto-

porsi alla risonanza magnetica. Come

ha spiegato Orsini Federici, questo ti-

po di esame viene prescritto frequen-

temente ai pazienti che hanno più di

65 anni, proprio la stessa fascia di età

in cui è maggiore l’impiego di pace-

maker. Tradizionalmente questi di-

spositivi non potevano essere esposti

ai forti campi magnetici prodotti dagli

apparati di risonanza magnetica, co-

stringendo così molti pazienti a rinun-

ciare a importanti accertamenti dia-

re sviluppo in questo campo è l’appa-

recchio MiniMed Paradigm, che com-

bina il monitoraggio continuo del glu-

cosio con una pompa per insulina. Si

tratta, ha sostenuto Orsini Federici,

del primo passo verso la realizzazio-

ne del pancreas artificiale.

Monitoraggio remotoL’attività di Medtronic riguarda anche

i sistemi di monitoraggio remoto, che

sfruttano le reti di telecomunicazione

per inviare automaticamente al medi-

co informazioni sullo stato del pazien-

te. L’offerta della società comprende,

tra le altre cose, anche il software Ca-

reLink per la gestione della terapia del

diabete, che nella versione 3.0 offre

funzioni di interpretazione automati-

ca del dato.

gnostici. Oggi la tecnologia SureScan

sviluppata da Medtronic ha rimosso

questa limitazione, consentendo la

realizzazione di sistemi di stimolazio-

ne progettati, testati e approvati per

scansioni “total body”

Monitoraggio continuo del glucosioAltre interessanti innovazioni riguar-

dano la cura dei pazienti diabetici.

Medtronic ha infatti messo a punto si-

stemi per il monitoraggio continuo del

glucosio presente nell’organismo, per

fornire al medico o al paziente stes-

so informazioni che consentono di re-

golare con precisione la somministra-

zione di insulina. I sistemi si basano

su un sensore sottocutaneo ad ago

che determina i livelli di glucosio tra-

mite una reazione enzimatica (gluco-

sio ossidasi) che crea un flusso elet-

tronico proporzionale alla concentra-

zione del glucosio stesso. Un algo-

ritmo trasforma ogni dieci secondi la

differenza di potenziale in un valore di

glucosio, mentre ogni cinque minuti il

valore medio viene trasmesso al mo-

nitor che lo registra e lo rende visibile

all’utilizzatore. Sfruttando questa tec-

nologia, Medtronic ha messo a punto

sia sistemi destinati all’uso persona-

le da parte del paziente, sia apparati

professionali e diagnostici. Un ulterio- •

selezione di elettronica 362011

Smart Medical ARGOMENTIEMODIALISI

La ricerca di Bellco punta a trattamenti personalizzati per i pazienti in emodialisi e all’eliminazione selettiva di specifici gruppi di molecole in patologie non renali.

Il futuro della dialisi

L’emodialisi può essere considera-

ta una tecnologia matura? è cer-

tamente una terapia ben consolidata,

che ha dimostrato la propria efficacia

in un ambito applicativo circoscrit-

to, ma le potenzialità di sviluppo non

mancano. Questa, almeno, è l’opi-

nione di Bellco, azienda di Mirando-

la che ricopre un ruolo di assoluto ri-

lievo a livello internazionale nel cam-

po degli apparati per l’emodialisi. Il di-

rettore marketing del gruppo Bellco,

Fabio Grandi, ha illustrato le direzio-

ni di sviluppo su cui la società sta la-

vorando.

Personalizzazione della terapiaUno dei fronti che Grandi ritiene più

promettenti è lo sviluppo di soluzioni

che consentano di ottimizzare la te-

rapia in funzione delle specifiche ne-

cessità di ogni singolo paziente. Co-

dall’uremia. Sono numerose, infatti,

le malattie che producono un ecces-

so di molecole “inquinanti” dannose

per il paziente: tra esse sepsi, artrite

reumatoide, miastenia grave, malat-

tie del fegato, mieloma, ipercoleste-

rolemia familiare, rabdomiolisi. L’elen-

co delle molecole “inquinanti” che sa-

rebbe utile rimuovere comprende una

grande varietà di tossine uremiche,

diverse interleuchine, il fattore reu-

matoide, il fattore di necrosi tumora-

le, i recettori delle acetilcoline, la bi-

lirubina, l’acido colico, il colesterolo

Ldl ecc. La rimozione selettiva si ba-

sa su sistemi di filtrazione e assorbi-

mento combinato, in cui un primo sta-

dio filtra le sostanze in funzione del lo-

ro diverso peso molecolare, mentre il

secondo stadio le adsorbe su letti di

resina. Bellco sta quindi sperimen-

tando membrane a diversa selettivi-

tà e diversi tipi di resine, per aumen-

tare la selettività molecolo-specifi-

ca delle proprie apparecchiature. I ri-

sultati ottenuti dalla sperimentazione

in vitro sono promettenti e mostrano,

per alcune molecole, una percentua-

le di rimozione dell’80%. La ricerca di

Bellco apre quindi nuovi scenari per

la cura di patologie non tipicamente

renali, con soluzioni in grado - poten-

zialmente - di migliorare sopravviven-

za e qualità di vita dei pazienti.

me ha spiegato il relatore, le patolo-

gie renali si associano spesso ad al-

tre patologie e a complicazioni dovu-

te alla stessa dialisi, sia acute sia cro-

niche. Per quanto riguarda la comor-

bidità vanno ricordate l’ipertensione

refrattaria, il diabete e l’età avanzata

(sebbene quest’ultima non sia di per

se stessa un malattia), mentre tra le

complicazioni che possono essere in-

dotte dalla dialisi sono comprese ca-

chessia, malnutrizione, obesità, ami-

loidosi, disturbi elettrolitici, Epo-resi-

stenza, cardiomiopatia, ipotensione,

ipertensione, aritmie, infiammazio-

ni e sanguinamento. Tutte le possibili

combinazioni tra la patologia renale di

base, le altre patologie e le complica-

zioni creano una grande varietà di ca-

si, parte dei quali non trova ancora ri-

sposte ottimali nella dialisi “standard”.

Esiste quindi spazio per un migliora-

mento che consenta la personalizza-

zione della terapia, scegliendo oppor-

tunamente le diverse tecniche di de-

purazione del sangue.

Depurazione selettiva del sangueL’altra prospettiva illustrata da Grandi

consiste nell’ampliamento delle capa-

cità di depurazione offerte dell’emo-

dialisi, che consentirebbe di estende-

re questa terapia a patologie diverse •

selezione di elettronica37 2011

ARGOMENTI Smart Medical

BIOTECNOLOGIE

Una tecnologia di Silicon Biosystems consente di selezionare singole cellule rare; l’automazione del sistema si basa su soluzioni di National Instruments.

Il chip che manipola le cellule

pione) dotato di una scacchiera di cir-

ca 300.000 elettrodi che possono es-

sere opportunamente programma-

ti per realizzare configurazioni di forze

controllabili dal software. Agendo op-

portunamente sulla programmazione

degli elettrodi, inoltre, ciascuna gab-

bia può essere annullata e sostituita

da una nuova in posizione adiacente,

causando lo spostamento della cellu-

la desiderata. In questo modo, la cel-

lula prescelta può essere portata fuori

dal chip e restituita all’utilizzatore che

intende esaminarla. L’apparecchiatura

comprende anche un sistema di visio-

ne basato su un microscopio a fluo-

rescenza e una camera digitale per

analizzare l’intera superficie del chip e

permettere all’utilizzatore di scegliere

le cellule da isolare integrando analisi

in fluorescenza con valutazioni morfo-

logiche. Giorgini ha spiegato che il si-

stema può essere utilizzato per isola-

re le singole cellule tumorali circolanti

nel sangue dei pazienti oncologici; ta-

li cellule, sebbene rare, hanno un ruo-

lo determinante nell’evoluzione del-

la malattia. Un’altra possibile applica-

zione su cui l’azienda sta lavorando è

l’isolamento delle cellule fetali dal san-

gue della madre, per consentire con

un semplice prelievo di sangue la dia-

gnosi prenatale non invasiva di even-

tuali malattie genetiche del feto.

L’esame del Dna, una tecnica fon-

damentale per la diagnosi di varie

patologie, presuppone la possibilità di

individuare e isolare le cellule ritenu-

te rilevanti ai fini dell’indagine con una

purezza molto elevata, in alcuni ca-

si del 100%. Purtroppo però il merca-

to non offre sistemi che consentono di

isolare in modo automatico e riprodu-

cibile singole cellule rare da un cam-

pione garantendo elevati valori di pu-

rezza e pertanto non è mai stato pos-

sibile basare studi diagnostici su cam-

pioni di cellule rare. Il DEPArray, il pri-

mo sistema al mondo capace di otte-

nere questo risultato, è stato svilup-

pato dalla bolognese Silicon Biosy-stems, una startup creata da Gianni

Medoro e Nicolò Manaresi.

Tecnologia e applicazioniCome ha spiegato Giuseppe Giorgi-ni, amministratore delegato della so-

cietà, la soluzione DEPArray si basa

sul principio fisico della dielettroforesi

che consente di manipolare particel-

le neutre ma polarizzabili applicando

ad esse un campo elettrico non uni-

forme. L’innovazione consiste nell'ide-

azione di un microchip (grazie al qua-

le vengono create decine di migliaia

di microscopiche gabbie di forza vir-

tuali per intrappolare in modo stabi-

le ciascuna cellula presente nel cam- •

Il ruolo di NIUno dei punti di forza della proposta

di Silicon Biosystems consiste nel fat-

to che DEPArray è un sistema auto-

matico in grado di gestire l’intero flus-

so tramite il controllo di un softwa-

re; non un prototipo quindi ma un ve-

ro prodotto biomedicale adatto ad es-

sere impiegato sia in ambito di ricerca

che in ambito clinico. Molto importan-

te a tale proposito è stato il contributo

di National Instruments, che ha for-

nito gli strumenti per sviluppare rapi-

damente i sistemi di controllo che go-

vernano il sistema.

selezione di elettronica 382011

Smart Medical WORKSHOPSEMICONDUTTORI

Internet Internet

Christian Assier di Freescale ha illustrato l’offerta dei componenti adatti alle applicazioni medicali, che

comprende microcontrollori da 8 a 32 bit, microprocesso-ri, front end analogici, driver per Lcd, oltre alle tecnologie per realizzare varie funzioni tra cui la sicurezza, l’interfac-ciamento Usb, il controllo di motori elettrici ecc. Il relato-re si è poi soffermato su alcune soluzioni significative, tra cui i microcontrollori Kinetis, dotati di funzioni analogiche e capacità di comunicazione integrate; le interfacce uten-te basate su display Lcd di diverse dimensioni; i sensori di pressione, di prossimità e inerziali, utilizzati in una varietà di applicazioni mediche; le soluzioni di connettività wire-

less, da 315 a 2500 MHz. Il relatore ha ricordato il “pro-gramma di longevità” di Freescale, che assicura a mol-ti componenti una disponibilità di quindici anni. Nel cam-po del software, l’offerta comprende il sistema operativo in tempo reale MQX e vari sistemi di sviluppo. Assier ha quindi elencato una serie di rapporti di collaborazione che Freescale intrattiene nell’elettronica medica: la società è membro promotore della Continua Alliance, collabora con Cactus Semiconductor e ha stretto una partnership con Monebo, società specializzata nella realizzazione di elet-trocardiografi miniaturizzati. Il relatore ha concluso citando due sistemi innovativi che utilizzano componenti Freesca-le: le pompe per insulina OmniPod della società Insulet e un sistema di monitoraggio domestico per anziani realiz-zato da Sonamba.

Una proposta innovativa per l’elettronica medica

Adriano Basile di STMicroelectronics ha illustrato le soluzioni che la società propone ai progettisti im-

pegnati nella realizzazione di sistemi medicali. La gamma delle tecnologie innovative offerte da ST comprende te-lecamere Cmos miniaturizzate per gli endoscopi, senso-ri Mems capaci di rilevare variazioni di capacità dell’ordi-ne di 10-18 farad, il processore a bassissimo consumo STM32L, i processori SPEAr rivolti ai sistemi di monito-raggio dei pazienti, una gamma di memorie Eeprom con interfaccia seriale o doppia interfaccia, amplificatori ope-razionali a basso assorbimento di corrente per Analog Front End, componenti di potenza RF-DMOS per i sistemi

di risonanza magnetica, il chip STHV748 (un pulser a ul-trasuoni), per l’ecografia. A livello di sistema ST ha intro-dotto soluzioni innovative per diverse applicazioni tra cui il controllo dei motori nei respiratori, pompe di infusione, let-ti e altri apparati medicali; contapillole digitali; sistemi per Ecg diagnostico e per il monitoraggio a distanza dell’Ecg. La società ha inoltre messo a punto l’algoritmo STMan-Down che sfrutta un accelerometro a tre assi e un sensore di pressione per segnalare la caduta del paziente. Basile ha concluso ricordando alcuni significativi prodotti che uti-lizzano semiconduttori di ST: le soluzioni di identificazione Bluechiip, basate su Mems al posto della Rfid; la lente a contatto Triggerfish di Sensimed per i pazienti affetti da glaucoma; la JewelPump di Debiotech per la sommini-strazione di insulina, basata su Mems.

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selezione di elettronica 402011

Smart Medical WORKSHOPSTRUMENTAZIONE

InternetInternet

Giulio Fabbro, responsabile vendite per il nord Ita-lia di LeCroy, ha presentato un nuovo strumento

che si rivolge in modo prioritario alle applicazioni nel settore medicale. “A un tecnico che opera nel settore biomedicale e che si trova ad avere a che fare con se-gnali molto piccoli, 8 bit vanno stretti“ spiega Fabbro. “Raccogliendo queste esigenze dei progettisti LeCroy ha sviluppato uno strumento ad hoc per queste appli-cazioni, che ha al suo interno un convertitore analogi-co-digitale a 12 bit che con il supporto software arriva anche a 15 bit”. Il WaveRunner HRO (High Resolution Oscilloscope) è infatti caratterizzato da un Dac a 12 bit

con caratteristiche uniche nel mercato, da una profon-da memoria di acquisizione da 180 a 256 Mpunti per canale e specifiche di Dc accuracy straordinarie. I tec-nici e gli ingegneri non dovranno più scendere a com-promessi con le funzioni di analisi di un oscilloscopio per ottenere l’alta risoluzione di cui necessitano. Il Wa-veRunner HRO ha risoluzione e precisione di misura maggiori rispetto alle alternative ad 8 bit disponibili nel mercato. Il rumore ridotto e la risoluzione maggio-re dell’architettura a 12 bit forniscono una accuratezza di misura superiore ed una migliore pulizia del segnale. Ciò può essere valutato grazie all’elevato valore di rap-porto segnale/rumore di 55 dB e l’accuratezza di gua-dagno verticale in Dc di ±0.5%: 4 volte più preciso di un oscilloscopio ad 8 bit.

Misure accurate per applicazioni biomedicali

Durante lo sviluppo di dispositivi medici, la pro-duzione di dispositivi sicuri e dotati di funzio-

ni avanzate è lo scopo primario, ma anche ridurre i tempi di sviluppo rappresenta un fattore fonda-mentale per ottenere una posizione dominante in un mercato molto competitivo. Matteo Bambini, Mar-keting Manager di National Instruments, ha spie-gato alla platea presente al workshop in occasio-ne del Medical Technology Event, come integrando hardware, software, strumenti di report e validazione e la piattaforma di progettazione grafica dei siste-mi, National Instruments sia in grado di offrire la mi-

gliore soluzione per il rapido sviluppo e il test di di-spositivi medici complessi. LabView, la piattaforma grafica per la progettazione di sistemi di NI permet-te di concentrarsi sui principi che stanno alla base delle cure rispetto ai dettagli di implementazione a basso livello. Quando l’obiettivo da raggiungere è la prototipazione funzionale, l’hardware di National In-struments offre la possibilità di realizzare un sistema avanzato ed efficace. Quando si tratta di realizzare processi di validazione, National Instruments dispo-ne di strumenti avanzati per semplificare le opera-zioni di test dei dispositivi medicali. Da oltre 30 an-ni, National Instruments offre alle aziende di tutto il mondo la possibilità di sviluppare sistemi di test au-tomatizzati a costi ridotti.

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selezione di elettronica 422011

Smart Medical WORKSHOPALIMENTAZIONE

Internet Internet

Nel corso dell’evento, XP Power, fornitore di solu-zioni di alimentazione, è stato protagonista con il

workshop dedicato agli Ac/Dc medicali ad alta efficien-za. “In questi anni”, ha spiegato Peter Bly, responsa-bile europeo prodotti medicali di XP Power, “la ricerca e sviluppo si è focalizzata sul tema dell’alta efficienza. Come azienda, siamo specializzati nel campo degli ali-mentatori medicali. Agli ospedali proponiamo alimenta-tori ad alta efficienza, tenendo insieme aspetti legati alla compattezza, alle normative e ai prezzi”. Il tema dell’alta efficienza è di scottante attualità: “Perdite di energia si verificano in ogni dispositivo elettronico”, ha ricordato

Bly. “Quasi ogni dispositivo elettronico richiede Dc po-wer, laddove l’energia è generata e trasmessa come Ac power”. Il problema dell’inefficienza è quindi uno spet-tro che vive in ogni dispositivo. “Anche qui ci sono per-ciò delle normative da rispettare”, ha rimarcato Bly. Tan-ta carne al fuoco, insomma, a cui XP Power risponde con la serie CCM250, un 250 W Ac/Dc che consente di ottenere fino al 95% di efficienza. “Efficienza signifi-ca una riduzione delle perdite di energia superiore del 50%”, ha sottolineato Bly, “nonché risparmi economici considerevoli”. Lo dimostra lo studio presentato da Bly relativo al caso di un ospedale tedesco che, adottando la filosofia dell’alta efficienza ha ottenuto risparmi pari a 32,5 MHz per anno. Efficienza, risparmio economico e ecosostenibilità si rivelano strettamente dipendenti.

Alta efficienza ed elevati risparmi

L’affidabilità e la sicurezza delle apparecchiature di ventilazione passa anche dall’alimentazione. È parti-

to da questo principio il workshop di Powerbox, azien-da svedese produttrice di alimentatori con una forte spe-cializzazione nel medicale. A illustrare le crescenti pro-spettive di mercato, le strategie aziendali e le soluzio-ni medicali ci ha pensato Anders Arvidsson, Business Unit manager di Powerbox. “Il Gruppo Powerbox è com-posto da due divisioni, Powerbox e Craftec”, ha comin-ciato Arvidsson. “Powerbox è la divisione di produzione che offre prodotti di alimentazione standard e persona-lizzati. Craftec è la divisione di distribuzione”. Per quanto

riguarda le soluzioni presentate, i riflettori sono stati pun-tati sulla famiglia di alimentatori ad alta densità Medline, destinata ad applicazioni che richiedono prestazioni ele-vate in termini di affidabilità e sicurezza. All’interno della famiglia Medline, si segnala il Medline EXM80, un adat-tatore medicale da muro da 80 W. “Utilizzabile con un cavo, diventa un normale external”, ha sottolineato Ar-vidsson rimarcandone la praticità. Il ruolo di novità, pe-rò, è stato interpretato dai sistemi della serie Med225. Le sue caratteristiche sono 225 W, le piccole dimensio-ni, la chiusura del cavo, l’ergonomia e la meccanica. “È stato studiato per subire colpi e strappi senza che il cavo possa uscire e bloccare l’apparecchiatura”, ha concluso Arvidsson. Insomma, una soluzione a prova anche degli ambienti ospedalieri più frenetici.

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selezione di elettronica 442011

Smart Medical ELEMENT14 AWARDPREMIO

La prima edizione del concorso di progettazione organizzato da element14, la comunità dei progettisti elettronici di Farnell, è stata vinta dal progetto TeleFetal Care del Politecnico di Milano, un sistema indossabile per la valutazione da remoto degli stati di sofferenza fetale.

Il premio alla progettazione elettromedicale

Con l’obiettivo di stimola-re le attività di progetta-zione nell’ambito del setto-

re biomedicale element14, la co-munità on-line di Farnell dedicata agli Electronic Design Engineer, ha dato il via all’element14 Medical Design Award, il primo concor-so di progettazione elettronica ri-volto alle soluzioni elettromedicali. Si tratta di un premio alla proget-tazione che intende riconoscere i migliori progetti elettronici realiz-zati nel settore medicale, caratte-rizzati da un elevato livello di inno-vazione, affidabilità e applicabilità, nell’ambito delle seguenti catego-rie: Home & Portable Medical; Cli-nical (Diagnostic & Therapy) Medi-cal; Medical Imaging. La prima edizione del concorso di progettazione, rivolto a tecnici e progettisti, professionisti e hobbi-

gnosi prenatale che prevede il mo-nitoraggio remoto delle pazienti in gravidanza che fornisce una pre-dizione affidabile delle condizioni di salute del feto alla nascita. Il si-stema, che sfrutta le più recenti in-novazioni tecnologiche nei setto-ri dei dispositivi indossabili e del-le telecomunicazioni è stato rico-nosciuto dalla giuria in quanto ri-unisce la semplicità e la comodi-tà d’uso con un’elevata affidabili-

sti, studenti e neolaureati, prove-nienti da aziende, università e cen-tri di ricerca ha visto la candidatura di 17 progetti che sono stati valu-tati da una giuria qualificata, com-posta da esponenti del mondo ac-cademico, istituzionale e impren-ditoriale specializzati nel setto-re biomedicale, che ha decretato i tre progetti vincitori. La premiazio-ne si è svolta lo scorso 6 ottobre in occasione del Medical Technology Event, l’evento rivolto alla Medical Design Community dedicato alle tecnologie elettroniche al servizio della salute, organizzato da Sele-zione di Elettronica.

TeleFetal Care per la diagnosi prenatale da remotoIl primo premio è stato assegna-to al progetto TeleFetal Care realizzato dal laboratorio Sensi-bilab del Politecnico di Milano. Si tratta di un sistema per la dia-

Da sinistra: Fabio Riscica,

Giuseppe Andreoni, Luca

Fanucci e Maria Josè Massaro

di Laura Reggiani

selezione di elettronica45 2011

ELEMENT14 AWARD Smart Medical

PREMIO

tà diagnostica. Come ha spiega-to l’ingegner Giuseppe Andreoni del Politecnico di Milano, che ha ritirato l’iPad consegnato da Maria Josè Massaro, responsa-bile vendite di Farnell, il sistema Te-leFetal Care è costituito da un indu-mento/fascia addominale elastica provvista di sensori tessili in grado di rilevare l’Ecg materno-fetale e le contrazioni uterine, da una matrice di elettrodi collegata ad un disposi-tivo elettronico che incorpora am-plificazione, conversione A/D e tra-smissione telefonica wireless a un centro clinico specializzato. Il cen-tro clinico viene dotato di un siste-ma web-based attraverso il quale l’informazione trasmessa è integra-ta da conoscenze fisiologiche sul controllo della variabilità cardiaca fetale, algoritmi di analisi non line-are e metodi di soft computing per ottenere una migliore classificazio-ne dello stato fetale.

Telemonitoraggio domesticoAl secondo posto si è classifica-to il progetto Health@Home re-alizzato dal Consorzio Pisa Ri-cerche, rappresentato in que-sta occasione dal professor Luca Fanucci. Il progetto prevede lo sviluppo di una piattaforma com-pleta di telemonitoraggio domesti-co dei principali parametri vitali ri-volto a pazienti affetti da scompen-so cardiaco cronico, direttamente integrato con il normale sistema in-formativo ospedaliero. I vantaggi di questo sistema sono da ricercarsi nella semplicità d’uso e non invasi-vità per i pazienti, e nel conseguen-te ridotto overhead addizionale per i medici rispetto alle tipiche attivi-tà di corsia.

Acquisizione di variabili respiratorie Terzo classificato il progetto di un sistema per l’acquisizione di variabili respiratorie sviluppato dall’Università di Trieste che permette la stima in tempo rea-

le di parametri respiratori (resi-stenza, compliance ed elastan-za polmonare) durante la venti-lazione percussiva. Il premio è stato ritirato dall’ingegner Fabio Riscica che ha sottolineato come il sistema sviluppato presenti una frequenza di campionamento di 2 KHz (rispetto ai tradizionali 100 Hz) che consente di stimare i para-metri in tempo reale al termine di ogni atto respiratorio. •

La prima edizione del premio

alla progettazione medicale

organizzato da element14

Segnaliamo anche un proget-to “fuori concorso” presenta-to da NephroCare, che si è po-sto l’obiettivo di dare un migliore outcome ai pazienti in dialisi ri-ducendone la morbilità e morta-lità. La società ha progettato il BCM (Body Composition Moni-tor), un bioimpedenziometro mul-tifrequenza che serve a misurare lo stato di idratazione e la com-posizione corporea della popola-zione. Il numero di frequenze, lo spettro di azione e la precisione della determinazione permette di determinare ed equilibrare lo sta-to di idratazione, garantendo ai soggetti dializzati una significati-va riduzione della morbilità.

selezione di elettronica 462011

Smart Medical ELEMENT14 AWARDIL VINCITORE

Il sistema che ha vinto l’element14 Medical Design Award, realizzato presso il Politecnico di Milano, consente di monitorare da remoto le pazienti in gravidanza, unendo alla semplicità d’uso un’elevata affidabilità diagnostica.

Per una diagnosi prenatale semplice e affidabile

Una delle maggiori sfide nella dia-

gnosi prenatale è la valutazio-

ne tempestiva di stati di sofferenza

fetale. Attualmente il metodo dia-gnostico più utilizzato è la cardio-tocografia o Ctg che misura l’atti-vità del cuore fetale e le contrazio-ni materne. Ogni donna in gravi-danza si sottopone a questa anali-si anche più volte. L’esame si ese-gue in ospedale o ambulatorial-mente: ciò limita la frequenza de-gli accertamenti. La diagnosi feta-le anteparto è formulata sul trac-ciato Ctg quasi sempre mediante analisi qualitative. Il segnale di at-tività del cuore fetale, misurato dai tradizionali monitor cardiotocogra-

mi biologici anche molto comples-si e di migliorare la capacità dia-gnostica.

Le esigenze da soddisfareObiettivo del progetto è realizza-re un sistema di monitoraggio re-moto, utilizzabile anche a casa dal-le pazienti in gravidanza che, gra-zie alle più recenti tecnologie nei settori dei dispositivi indossabili e delle telecomunicazioni, combini la semplicità e la comodità di uso con un’elevata affidabilità diagno-stica. Il sistema è costituito da un indumento/fascia addominale ela-stica provvista di sensori tessili in grado di rilevare l’Ecg materno-fe-

fici, è analizzato secondo criteri “visivi” che poco indagano il reale contenuto informativo del segnale, anche se lo strumento adotta una procedura automatica per il calco-lo di indici. Il segnale di Fcf, come già dimostrato nell’adulto, è cer-tamente influenzato e controllato da meccanismi biologici con inte-razioni complesse, anche a diver-sa scala. La letteratura sull’analisi dei segnali biomedici conferma in-vece che l’adozione di metodi re-centi, in grado di fornire parametri quantitativi, spesso correlati con la misura di eventi fisiologici, permet-te di classificare con maggiore affi-dabilità il comportamento di siste-

Titolo del progetto TeleFetal CareProponente Ing. Giuseppe Andreoni Autori del progetto Ing. Giuseppe Andreoni, Ing. Andrea Fanelli, Ing. Paolo Perego,Prof. Maria G. Signorini, Ing. Manuela Ferrario, Prof. Giovanni Magenes, Azienda Politecnico di Milano, Laboratorio Sensibilab (Sensori e Sistemi Biomedicali)Categoria Clinical (Diagnostic & Therapy) MedicalPartner coinvolti Università degli Studi di Napoli “Federico II” per i test del sistema su mamme all’ultimo trimestre di gravidanza; ComfTech per la produzione dell’abbigliamento sensorizzato

selezione di elettronica47 2011

ELEMENT14 AWARD Smart Medical

IL VINCITORE

tale e le contrazioni uterine, da una matrice di elettrodi collegata a un dispositivo elettronico che incor-pora amplificazione, conversione A/D e trasmissione telefonica wi-reless (Gprs/Umts) a un centro cli-nico specializzato che sarà dotato di un sistema web-based attraver-so il quale l’informazione trasmes-sa è integrata da conoscenze fi-siologiche sul controllo della va-riabilità cardiaca fetale, algoritmi di analisi non lineare e metodi di soft computing per ottenere una miglio-re classificazione dello stato fetale. Lo scopo è fornire una predizione affidabile delle condizioni di salu-te del feto alla nascita. Il feedback verso la paziente utilizza gli stessi canali di telecomunicazione usati per inviare i segnali.

I risultati ottenuti Il sistema ottenuto è composto da due parti: una fascia elastica in co-tone elasticizzato provvista di N

elettrodi conduttivi in fibra d’argen-to e un dispositivo di dimensioni 13x13x5 cm contenente l’elettroni-ca, che permette di acquisire 8 se-gnali analogici fino a 512 Hz. Il pro-totipo è stato configurato in ma-niera tale da misurare 8 derivazioni Ecg mediante l’utilizzo della fascia sensorizzata. All’interno del dispo-sitivo è alloggiata una batteria da 2,2 Ah che assicura una durata di 8 ore. Tale dispositivo è infatti pensa-to per due applicazioni: la registra-zione in loco dei segnali su sche-da SD o la trasmissione degli 8 se-gnali attraverso protocollo Blueto-oth 2.1. Per questo secondo utilizzo è stato sviluppato un software che permette la registrazione, la visua-lizzazione e l’eventuale elaborazio-ne on-line dei segnali. Il dispositi-vo permette di monitorare i para-metri vitali della madre incinta e di estrapolare attraverso post-elabo-razione il segnale elettrocardiogra-fico del bambino. La fascia senso-

rizzata garantisce minima invasivi-tà e maggiore comfort. Il sistema è stato realizzato presso il laborato-rio Sensibilab del Politecnico di Milano ed è in fase di test su un campione di mamme.

Le soluzioni elettroniche utilizzate Il dispositivo elettronico prevede una scheda analogica e una digi-tale. La parte analogica presenta 8 circuiti per la rilevazioni del segna-le elettrocardiografico composti da un amplificatore INA118 (con gua-dagno 10) e tre amplificatori ope-razionali: il primo OpAmp costitui-sce il filtro passa basso multi-fee-dback con una frequenza di taglio di 128 Hz e guadagno 1. Il secondo OpAmp è un filtro passa basso in-vertente con guadagno di circa 40. L’ultimo OpAmp costituisce un ulte-riore filtro passa basso anti-aliasing con guadagno 5 e frequenza di ta-gli pari a 128 Hz. Il guadagno tota-le del circuito è quindi pari a circa 1800. Un ulteriore filtro passa bas-so è posto in retroazione utilizzan-do l’ingresso Ref dell’INA118 in mo-do da avere un filtraggio passa al-to attorno agli 0.8 Hz. Il cuore del-la scheda digitale è un STR7; il mi-cro gestisce l’acquisizione di 8 ca-nali a 12 bit a 256 Hz, la trasmis-sione Bluetooth SPP. Il dispositivo monta inoltre un circuito per la cari-ca di batterie al litio e il circuito per la registrazione di dati su SD. A se-conda della configurazione utilizza-ta il firmware è in grado di registrare i dati in loco o trasmetterli al Pc. Le elaborazioni sui dati vengono ef-fettuate dal software del Pc. •

L'ingegner Giuseppe Andreoni del Politecnico di Milano

illustra al pubblico il progetto TeleFetale care

selezione di elettronica 482011

Smart Medical ELEMENT14 AWARDIL SECONDO CLASSIFICATO

Il progetto Health@Home del Consorzio Pisa Ricerche, secondo classificato, prevede lo sviluppo di una piattaforma di monitoraggio domestico dei principali parametri vitali integrata con il Sistema Informativo Ospedaliero.

Piattaforma di telemonitoraggio dei parametri vitali

I l progetto Health@Home realizza-

to dal Consorzio Pisa Ricerche

mira a risolvere problemi relativi alla

fornitura di servizi per cittadini anzia-

ni affetti da disturbi cardiaci cronici,

attraverso l’utilizzo di sensori indos-

sabili per il monitoraggio di parame-

tri fisio-patologici e cardiovascolari. Il

monitoraggio consentirà al persona-

le medico di controllare la situazione

a distanza. Il progetto prevede lo svi-

luppo di una piattaforma completa di

telemonitoraggio domestico dei prin-

cipali parametri vitali (peso, pressio-

ne, Ecg, SpO2) rivolto a pazienti af-

fetti da scompenso cardiaco croni-

co (CHF), direttamente integrato con

il normale Sistema Informativo Ospe-

daliero, al fine di permettere un im-

mediato riconoscimento dei segni di

way) consegnato al paziente al mo-

mento della dimissione e il modulo di

integrazione con il Sistema Informati-

vo Ospedaliero. Dopo una prima fa-

se di verifica funzionale del sistema e

una fase di test di integrazione, sono

stati realizzati 30 prototipi ed è sta-

ta avviata una fase di dimostrazione,

coinvolgendo pazienti reali normal-

mente in cura con il protocollo delle

visite periodiche presso gli ospedali

coinvolti nel progetto.

destabilizzazione che in genere pre-

cedono le sindromi acute, consen-

tendo precoci interventi. Il sistema

minimizza l’impatto per gli end-user:

semplicità d’uso e non invasività per

i pazienti e ridotto overhead addi-

zionale per i medici rispetto alle tipi-

che attività di corsia. Infine il grado di

flessibilità del sistema deve consenti-

re di tener conto delle condizioni dei

singoli pazienti e dell’evoluzione pro-

gressiva della malattia. Il sistema è

stato progettato, sviluppato e testato

in ogni sua componente: il sottosiste-

ma domestico (sensori e home gate-

•

Il professor Luca Fanucci

del Consorzio Pisa Ricerche

presenta il progetto

Health@Home

Titolo del progetto Health@HomeProponente Ing. Luca FanucciAzienda Consorzio Pisa Ricerche Categoria Home & Portable MedicalPartner coinvolti Fondazione Gabriele Monasterio (Italia); Caribel (Italia); Caen (Italia); Mediasoft (Slovenia); Zdravstveni Dom Koper (Slovenia); Citic (Spagna); Hospitales Universitarios “Virgen del Rocío” (Spagna)

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selezione di elettronica 502011

Smart Medical ELEMENT14 AWARDIL TERZO CLASSIFICATO

Terzo classificato, il sistema per l’acquisizione di variabili respiratorie dell’Università degli Studi di Trieste permette la misura e la stima di variabili respiratorie durante la ventilazione artificiale, minimizzando il rischio di volutrauma.

Un sistema per l’acquisizione di variabili respiratorie

In questi ultimi anni è stata clinica-

mente riconsiderata l’utilità della

ventilazione ad alta frequenza o Hfv

(High frequency ventilation) quale al-

ternativa alla ventilazione meccanica

convenzionale o Cmv (Conventional

mechanical ventilation). Con l’inten-

to di eseguire una ventilazione che li-

mitasse al massimo i danni iatrogeni,

la Hfv è stata spesso associata alla

Cmv o in alcuni casi l’ha sostituita. La

ventilazione ad alta frequenza a per-

cussione o Hfpv (High frequency per-

cussive ventilation) è una particolare

modalità di Hfv che in passato è sta-

ta applicata con successo nell’insuf-

ficienza respiratoria acuta da inala-

zione di fumo. Il progetto sviluppato

dall’Università degli Studi di Trie-ste consiste in una serie di sistemi

per l’acquisizione e la stima in tem-

va generazione a ridotto tempo di ri-

sposta congiuntamente a strumen-

ti hardware e software. Lo strumen-

to consente quindi la caratterizzazio-

ne del ventilatore Hfpv e permette di

minimizzare il rischio di volutrauma

(aumento della permeabilità alveo-

lo-capillare da eccessiva distensione

del polmone) durante la ventilazione

controllata. Il sistema è innovativo e

applicabile in pratica clinica. Il proto-

tipo è disponibile presso gli Ospedali

Riuniti di Trieste, dove viene utilizza-

to per effettuare misure su pazienti.

po reale di parametri respiratori (resi-

stenza, compliance ed elastanza pol-

monare) durante la ventilazione per-

cussiva. Gli attuali sistemi commer-

ciali utilizzati in pratica clinica pre-

sentano infatti una frequenza di cam-

pionamento inferiore ai 100 Hz e ciò

non permette di stimare in maniera

adeguata i parametri respiratori du-

rante la ventilazione Hfpv. Il sistema

presenta una frequenza di campio-

namento di 2 KHz e permette di sti-

mare i parametri in tempo reale al ter-

mine di ogni atto respiratorio. L’obiet-

tivo è stato raggiunto grazie all’uti-

lizzo di sensori di pressione di nuo-

•

Fabio Riscica dell'Università

di Trieste presenta il sistema

per l'acquisizione di variabili

respiratorie

Titolo del progetto Sviluppo di sistemi per l’acquisizione di variabili respiratorieProponente Ing. Fabio RiscicaAutori del progetto F. Riscica, U. Lucangelo, M. Ferluga e A. AccardoAzienda Università degli studi di Trieste Dipartimento di Elettrotecnica, Elettronica e InformaticaCategoria Clinical (Diagnostic & Therapy) MedicalPartner coinvolti Dipartimento di medicina perioperatoria, terapia intensiva ed emergenza degli Ospedali Riuniti di Trieste.

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Sistema operativo real-time per applicazioni di controllo avanzato

Progettazione basata su FPGA per sistemi di controllo

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