I test di validazione del sistema in vivo devono essere preceduti da prove di funzionalità in vitro. La necessità di test non in vivo è soddisfatta dalla disponibilità di un sofisticato mock-up circolatorio acquistato dalla Scuola Superiore Sant’Anna. Il mock-up in questione prende il nome di EVE (fig.5.6) (EndoVascular Evaluator).
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Figura 5.6: Mock-up EVE
EVE, fantoccio che riproduce il sistema vascolare umano, è creato con una tecnologia che si avvale di modelli realistici basati su dataset CT/MRI (Computer Tomography/Magnetic Resonance Imaging) (fig.5.7).
Figura 5.7: I dataset CT/MRI per la creazione del modello
Basandosi dunque su modelli frutto dell’elaborazione di dati di imaging è possibile riprodurre in modo fedele strutture vascolari fisiologiche e non simulando in quest’ultimo caso una vasta gamma di patologie. Il corpo di EVE è composto di sedici moduli ciascuno rappresentante un segmento vascolare. I vari moduli comunicano grazie alla presenza di specifici connettori che non interferiscono con le simulazioni; gli stessi connettori permettono tra l’altro la sostituzione dei vari moduli con altri opportunamente pensati per le specifiche esigenze simulative. Ciascun modulo può essere creato da dati CT/MRI o semplicemente da illustrazioni a seconda della precisione richiesta. I vari tratti di EVE sono realizzati con uno speciale silicone che ricrea i valori di elasticità e frizione caratteristici del sistema vascolare umano. Quest’ultimo aspetto è molto importante in quanto garantisce un feedback realistico sia nei risultati che nella manipolazione. Di seguito si riporta una
74 tabella (tabella 5.1) in cui si mettono a confronto i valori fisiologici di alcuni parametri del sistema vascolare con quelli di EVE.
Tabella 5.1: Confronto tra i parametri di EVE e quelli fisiologici
Il valore del coefficiente di frizione può essere variato cambiando la concentrazione di surfattante nel liquido che simula il sangue; il surfattante è una sostanza generalmente di natura organica che diminuisce la tensione superficiale di un liquido aumentando la bagnabilità di una superficie. Oltre al coefficiente di frizione altri parametri possono essere variati nel sistema circolatorio di EVE. Questi parametri sono la temperatura la pressione ed il flusso. La temperatura può essere variata grazie alla presenza di un riscaldatore del fluido, la portata invece variando i parametri di una pompa fornita in dotazione con EVE (fig.5.8).
Figura 5.8:Unità di controllo fluidico
75 La pressione infine può essere variata regolando il livello di apertura dei lumi nei vari distretti per mezzo di valvole. Il flusso assicurato dalla pompa in dotazione con EVE è laminare; un flusso pulsatile può tuttavia essere assicurato grazie a una pompa a flusso pulsatile. La ditta FAIN- Biomedical Inc. fornisce anche un manometro (fig.5.9) per il monitoraggio della pressione.
Figura 5.9: Immagine del manometro in dotazione conEVE
Di seguito si riporta una tabella (Tabella 5.2) riassuntiva delle principali specifiche di EVE.
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Capitolo 6
La trasmissione wireless dei dati
6.1 Il chip MICS ZL70102
In considerazione della specifica applicazione della presente tesi, dimensioni e consumo energetico sono due prerogative di primaria importanza. E proprio esigenze dimensionali e di basso consumo hanno guidato nella scelta del modulo MICS per la trasmissione wireless dei dati su frequenze di 400 MHz. Il modulo va a coincidere con lo ZL70102 della ditta Zarlink. Il chip MICS rappresenta l’ultimo step nella catena che partendo dall’elemento sensoriale in punta al catetere, si articola prima in un Front End analogico di condizionamento e poi in un modulo amministrato da microcontrollore (ATtiny88) per l’invio wireless della misura. Gli stessi moduli di condizionamento e trasmissione saranno posti in un alloggio sottocutaneo. Il chip ZL70102 ha un’estensione superficiale di circa 7mmx12mm che, unita a quella di circa 4mmx4mm del microcontrollore ATtiny88 consente di minimizzare le dimensioni della parte impiantata nel suo complesso. Perché si chiuda il flusso dei dati dal paziente all’esterno si pone necessaria anche la presenza di un terzo modulo di ricezione nelle vicinanze del soggetto (fig 6.1). Questo terzo modulo definito Base Station sarà rappresentato da un secondo MICS chip ZL70102 interfacciato ad un microcontrollore. Lo ZL70102 si articola in tre principali sottosistemi: un MAC (Media Access Controller), un ricetrasmettitore a 400 MHz e un ricevitore a 2.45 GHz. Il chip della base station include invece circuiteria addizionale dovuta alla presenza di un trasmettitore a 2.45 GHz.
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Figura 6.1:modulo impiantabile e modulo esterno
Lo ZL70102 contiene quindi due sistemi radio completamente separati (fig.6.2):
400 MHz MICS transceiver: opera in un dialogo bidirezionale tra la parte impiantata ed il modulo esterno. Il dialogo è aperto dalla base station in quanto lo standard di comunicazione MICS prevede prima una procedura di Clear Channel Assesment che solo la base in quanto esterna può fare. In casi eccezionali la comunicazione può essere aperta dall’IMD.
2.45 GHz wake-up link: dialogo monodirezionale da un trasmettitore 2.45 GHz di wake-up presente nella base station verso il ricevitore 2.45 GHz di wake-up integrato nell’IMD
78 In generale il modo di operare del chip ZL70102 può essere reso conforme alla parte impiantata (IMD) o a quella esterna (Base Station) semplicemente variando il livello logico del pin IBS. Le modalità di lavoro della Base Station e dell’IMD sono differenti principalmente per ragioni energetiche. Quando configurato infatti nella modalità IMD il transceiver è generalmente in sleep mode ed in uno stato di ultra low current. L’IMD può poi essere svegliato per dare inizio alla comunicazione sia ricevendo uno specifico messaggio di wake-up su 2.45 GHz dalla parte esterna sia in modo diretto dal processore della parte impiantata. Come meglio descritto in seguito la gestione dell’alimentazione nel chip impiantato è a carico del sottosistema di wake -p. Lo ZL70102 prevede la presenza di due ingressi di alimentazione corrispondenti ai pin VSUP e VDDIO. VSUP è l’alimentazione principale mentre VDDIO è il riferimento per tutta la parte digitale. Il sistema di wake-up contiene due identici regolatori di tensione che provvedono a garantire al chip i riferimenti analogici e digitali VDDA e VDDD (fig.6.3).
Figura 6.3: Rappresentazione schematica del tranceiver
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Tabella 6.1: Consumi tipici del chip nei vari stati