MATERIALE E METODI 1 Animal

Per il protocollo di validazione dei tessuti E-textile sono state impiegate 12 cavalle Trottatrici di età compresa tra 10 e 14 anni, appartenenti al Dipartimento di Scienze Veterinarie di Pisa e stabulate presso l’Ospedale Didattico Veterinario “Mario Modenato”. Le cavalle, provenienti dalla carriera sportiva, sono tenute abitualmente nei paddock (75x75m), sia di giorno che di notte. La loro alimentazione consiste in fieno polifita ad libitum, 1,5kg di fioccato al giorno e acqua sempre a disposizione. Oltre che per il nostro studio, questi animali sono stati impiegati anche per altri protocolli sperimentali, riguardanti soprattutto argomenti di riproduzione (sono infatti “riceventi” nei programmi di Embryo transfer del Dipartimento). Le cavalle erano in buona salute con un body condition score 4-5/5. Inoltre sono state oggetto di studi anche in ambito etologico e clinico-chirurgico.

Nel periodo in cui sono state effettuate le rilevazioni tutti i soggetti erano in fase di anestro stagionale. Per ottenere tracciati elettrocardiografici con meno artefatti da movimento possibile sono state selezionate le cavalle caratterialmente più idonee, tranquille e inclini a essere maneggiate. Per questo motivo, alcuni giorni precedenti l’inizio del lavoro, i soggetti sono stati “abituati” alla procedura facendo in modo che prendessero confidenza con l’attrezzatura (in particolare con le fasce a livello toracico e addominale), l’ambiente (i box dell’Ospedale dove si sarebbe effettuata la sperimentazione) e con le fasi più dinamiche, ovvero un percorso standard della durata di 15 minuti da effettuare al passo con la conduzione a cavezza, necessario per una fase della sperimentazione.

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6.2

Design generale dell’esperimento

Le 12 cavalle impiegate per questo esperimento sono state divise in due gruppi nel seguente modo: 5 per la prima fase del protocollo consistente nel confronto tra il sistema telemetrico (con elettrodi Polar) e il nuovo sistema tessile da validare, e 7 per la seconda fase, in cui sono stati confrontati gli elettrodi in foam con gli elettrodi tessili, entrambi associati all’elettronica Smart (Smartex srl). Il lavoro e le condizioni ambientali in cui sono state poste le cavalle sono stati standardizzati il più possibile per non incorrere in vizi di procedura. Inoltre, nella stalla dove sono state effettuate le fasi di registrazione dei tracciati ECG era presente solo un operatore per non apportare troppi stimoli alle cavalle.

6.3

Materiali impiegati nel protocollo sperimentale

Elettrodi monouso per elettrocardiografo Holter.

Sono stati usati elettrodi monouso adesivi in spugna (FOAM) di 50 mm di diametro, ad uso umano (Foto 6.1), modello Liquid Gel Stress Test – FS 50 LG (EF Medica

srl).

Caratteristiche fisiche:

- Supporto in materiale spugnoso, indicato per Stress Test

- Gel liquido per una rapida conducibilità del segnale anche senza una accurata preparazione della cute

- Forma circolare

- Sensori di alta qualità con nucleo centrale in Ag/AgCl

- Pellicola di protezione del Gel – disco rinforzo: PET trasparente - Adesivo: resina sintetica

biocompatibile - Non sterile Caratteristiche elettriche:

 Valore medio dell’impedenza misurata a 10 Hz per per 12 paia

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di elettrodi: 70 Ω Impedenza della singola coppia: 75 Ω

 Offset Voltage: 2mV

 Instabilità dell’offset combinato con il rumore intrinseco: 3 µV

 Variazione della polarizzazione: 0,7 mV/s

 Impedenza a 10 Hz dopo il test: 52 Ω

 Tolleranza sulla corrente di bias: 16,1 mV

Per il protocollo in esame, gli elettrodi sopra descritti sono stati applicati sul torace delle cavalle direttamente sul pelo senza procedere con la rasatura, né è stata aggiunta ulteriore colla biologica poiché la sostanza adesiva già presente sugli elettrodi è stata sufficiente a tenerli in sito, insieme all’applicazione di una fascia elastica per assicurare il tutto.

Telemetria

.

La strumentazione Telemetrica di controllo utilizzata per la validazione del nuovo sistema di monitoraggio elettrocardiografico, è il Nihon Kohden “Life Scope 8 BEDSIDE MONITOR” BSM-7201/7211.

Si tratta di un monitor con il quale è possibile acquisire e registrare, sia manualmente che automaticamente, i tracciati ECG, dati numerici, grafici e segni vitali del soggetto in esame. L’acquisizione del segnale avveniva tramite un trasmettitore in telemetria (ZB-811 PK) che inviava il segnale proveniente dal paziente al monitor. Nell’essere umano questo tipo di strumentazione ha la possibilità di individuare

automaticamente fino a 11 tipi di aritmia e misurare l’intervallo ST. Per questo elettrocardiografo in telemetria sono stati impiegati elettrodi “Equine Polar” (Foto 6.2) con sensore di frequenza cardiaca in materiale plastico conduttivo. Anche in questo caso la parte su cui sono stati applicati i sensori non è stata rasata, ma sono stati tenuti in posizione dalla stessa

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fascia elastica usata per i tessuti Smart textiles in esame e per gli elettrodi monouso in foam.

Il software CARDIOLINE® cubeholter installato su un computer portatile, è stato impiegato per l’acquisizione dei tracciati ottenuti (mediante interfaccia per la trasformazione del segnale da analogico a digitale), che in un secondo momento, sono stati analizzati e confrontati con i tracciati ottenuti dal sistema da validare.

Tessuti Smart (Smartex srl)

.

I tessuti in esame derivano dal “wearable health care system”, dispositivo di monitoraggio descritto da Paradiso e coll (2005) e Scilingo e coll (2005).

Come già accennato in precedenza, questo sistema è stato creato per l’impiego nell’essere umano, ed è basato su un tessuto di interfaccia indossabile, creata integrando sensori, elettrodi e connessioni in forma di tessuto, tecniche di elaborazione del segnale e moderni sistemi di telecomunicazione.

Per verificare l’efficacia di questo dispositivo anche per l’uso sul cavallo, sono stati realizzati dei rettangoli di tessuto elastico conduttivo e piezoresistivo, aventi le stesse caratteristiche dei “capi sensibili” applicati in umana (Foto 6.3).

Questa nuova interfaccia permette un controllo remoto continuo del paziente mentre si trova in un ambiente familiare senza alcun disagio, non interferendo con le attività giornaliere, trattasi perciò di un sistema estremamente interessante per l’applicazione in ambito equestre, sia per applicazioni cliniche che di ricerca.

Il sistema è sviluppato in 4 moduli funzionali: 1) sistema di rilevamento, costituito dall’interfaccia Wealthy; 2) condizionamento dei segnali inteso come insieme di operazioni effettuate su un segnale elettrico (amplificazione e filtraggio) per renderlo adatto al circuito successivo convertendolo da analogico a digitale; 3) elaborazione dei segnali nella Unità Portatile Paziente (PPU) cioè l'insieme delle tecniche di analisi che mirano alla modifica delle proprietà del segnale stesso, nonché alla estrazione e modifica del contenuto informativo; 4) trasmissione dei dati in modalità wireless dalla PPU al sistema di monitoraggio a distanza, che può essere un computer remoto o una’applicazione per smartphone o tablet, per poter immagazzinare i dati raccolti su SD card. I segnali ECG sono campionati a 250 Hz

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dal PPU e l’elaborazione locale viene applicata per calcolare i parametri come la frequenza cardiaca, respiratoria e la durata dei QRS su un numero significativo di campioni. Inoltre il sistema è stato equipaggiato con un accelerometro triassiale posizionato nel PPU il quale a sua volta è sistemato sulla cinghia toracica a livello del dorso del cavallo. Questo serve per valutare i movimenti sui tre assi dello spazio, per monitorare l’attività fisica dell’animale, a una frequenza di campionamento di 25 Hz.

La fibra e la tecnica di lavorazione del sistema tissutale sono le medesime utilizzate per il sistema umano, con gli elettrodi in tessuto conduttivo costituiti da una fibra costituita di fili di acciaio inossidabile (ɸ=35µm) intrecciati intorno ad un filo di viscosa tessile (Elite di Lineapiù Spa, Italia); la tecnica è quella tubulare a intarsio per ottenere una doppia faccia, dove la

parte esterna non è conduttiva per isolare l’elettrodo dall’ambiente esterno. Il tessuto di base (non sensibile) è lo stesso filato utilizzato come nucleo dei fili conduttivi. Per migliorare la qualità del segnale elettrico in condizioni dinamiche, è stata applicata una membrana di idrogel (ST & D Ltd, Belfast, UK). L’uso della membrana idrogel non è strettamente necessario in condizioni di riposo, ma

risulta importante quando il soggetto è sottoposto ad attività fisica. L’influenza della membrana sulla qualità dei segnali è dovuta a due fattori principali: 1) miglioramento del contatto tra il tessuto e la pelle, 2) presenza di ioni nella membrana che intercettano il flusso di carica attraverso l’interfaccia. La percentuale di metallo presente negli elettrodi è del 30% e la sensazione ruvida è praticamente assente per la presenza della membrana.

I sensori piezo-resistivi sono stati realizzati con tessuto in lycra ricoperto di gomma al carbonio carico e fili elettro-conduttivi (PAC 250 DTX x 1, da Europa NCT, Polonia). Questi tessuti si comportano come sensori estensimetrici e mostrano proprietà piezo-resistive in risposta a uno stimolo meccanico esterno, in particolare

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sono sensibili alle variazioni della circonferenza toracica o addominale che si verificano durante la respirazione, pertanto tramite di essi è possibile rilevare la frequenza respiratoria. Le connessioni sono state realizzate mediante la tecnica tubulare intarsio. Tramite la tecnica Vanisé è stato aggiunto un ulteriore strato, in modo da isolare il tessuto sensibile interno.

6.4 Design dell’esperimento

Il protocollo di validazione è stato suddiviso in due fasi. La prima è stata effettuata per confrontare da un punto di vista soprattutto pratico-manuale i due sistemi di monitoraggio: la Telemetria e il nuovo dispositivo medico da validare, Smart textiles. La seconda fase, invece, è quella su cui si basa la validazione vera e propria del nuovo sistema, poiché è stata eseguita per mettere a confronto i tracciati acquisiti contemporaneamente da due elettroniche Smart textiles identiche mediante due diversi tipi di elettrodi: quelli di controllo in foam e i nuovi tessuti sensibili.