5. Risultati ottenuti
5.1 Protocollo di Sperimentazione
In quest’ ultimo capitolo verrà riportato tutto il protocollo di sperimentazione e i risultati ottenuti dopo accurate prove. Inizialmente abbiamo testato la risposta del sensore applicando il dispositivo alla rilevazione delle pulsazioni cardiache che risultavano sul dito mignolo : a seconda di come veniva regolato il raggio dell’anello il segnale aveva una maggiore o minore intensità.
Il segnale risultava più nitido quando i LED ed il ricevitore erano a diretto contatto con la pelle, ovvero le interfacce assorbenti e riflettenti erano ridotte. La prima condizione da soddisfare per garantire una miglior acquisizione del segnale era garantire un interfacciamento diretto fra LED, ricevitore e l’oggetto studiato.
Per testare l’efficienza del circuito e per visualizzare l’andamento temporale dei segnali abbiamo connesso una sonda al circuito e attaccato il cavo
rispettivamente agli ingressi CH1 e CH2 di un oscilloscopio. Da qui la
visualizzazione delle due portanti una a 27 KHz e l’altra a 57 KHz e l’intervento di sostituzione di alcuni componenti danneggiati che davano origine a spike improvvisi sulle due portanti: onde quadre .
Dopo aver eliminato i disturbi sulle portanti abbiamo analizzato i segnali in uscita dai filtri mettendo in ingresso un segnale di riferimento noto.
Dapprincipio il filtraggio era stato eseguito mediante un filtro a 5 poli pensando che, visto l’utilizzo di un demodulatore con filtro l’AD 630, questo bastasse ad eliminare le componenti alle frequenze elevate. Ci sbagliavamo!La banda era
ancora troppo larga. Abbiamo perciò introdotto due stadi di filtraggio con un amplificatore di segnale tra i due.
Bisogna dire che i segnali acquisiti sono molto bassi: ponendo la sonda all’uscita dell’AD 630 e visualizzandola con l’oscilloscopio il segnale prima di essere decifrabile doveva essere amplificato notevolmente.
Dopo aver eliminato tutti i disturbi dovuti all’elettronica di pilotaggio e controllo mediante la visualizzazione dei segnali tramite l’oscilloscopio abbiamo con due coccodrillini e un cavetto schermato a 2 fili, connesso direttamente alla scheda tramite saldature di precisione, reso il segnale disponibile per la visualizzazione con Labview.
Abbiamo poi disposto le condizioni di sperimentazione e dato inizio alle prove. Gli esperimenti sono stati effettuati dapprima su campioni di sangue arterioso e venoso e poi successivamente sugli stessi campioni a varie diluizioni.
Abbiamo cercato di creare un ‘ambiente completamente isolato dall’esterno ponendo il nostro sensore all’interno di una scatola in polistirolo rivestita da più strati isolanti per schermarlo completamente.
I fattori di disturbo di cui maggiormente ci siamo preoccupati sono stati :
Luce solare Luce elettrica Calore
Cariche elettrostatiche.
Successivamente sono stati prelevati campioni di sangue ,arterioso e venoso da pazienti ricoverati in emodinamica . Su questi campioni di sangue è stata preventivamente effettuata l’emogas-analisi , per valutare la concentrazione di emoglobina ossigenata e non ossigenata . Le analisi emogas ci sono servite come riscontro per valutare la sensibilità del nostro strumento e come ulteriore supporto alla validazione dei dati .
I campioni di sangue sono stati disposti in provette sterilizzate ; le provette sono in vetro materiale semitrasparente all’infrarosso a differenza di altri materiali che hanno indice di riflessione e assorbimento tali da disturbare la propagazione del
Disposte le provette all’interno dell’anello, collocato il tutto all’interno della scatola isolante, attaccati i cavetti per la connessione al PC si sono potute effettuare le misure.
5.2 Risultati
La finestra Front Panel di Labview rende visibili all’esterno i segnali che provengono dai due canali.
canale 1 : fornisce una successione di campioni di una tensione elettrica corrispondente all’intensità luminosa acquisita a 880nm e corrisponde al primo grafico;
canale 2 :fornisce una successione di campioni di una tensione elettrica corrispondente all’intensità luminosa acquisita a 780nm e corrisponde al secondo grafico
In assenza di segnale, con i LED spenti, siamo riusciti a portare le linee base dei due canali, agendo sui due trimmer, uno per ogni canale, ai seguenti valori.
02/07/2004 15.08.26 0,00 -0,01
Che corrispondono ai valori con ingresso nullo.
Una volta settato lo strumento sono state effettuate le prove sui campioni di sangue arterioso e venoso.
• Prove sui campioni di sangue
Disposta la provetta di sangue arterioso all’interno del sensore,regolato il raggio i risultati ottenuti sono stati i seguenti:
Fig 1 :Sangue arterioso
Dal grafico si nota che il valor medio del canale1 (880nm) è 0,26 mentre il valor medio del canale2(780nm) è 0.35. Riportiamo di seguito il grafico del coefficiente di assorbimento che ci consentirà di effettuare le prime considerazioni.
L’emoglobina ossigenata ha il maggior assorbimento intorno a 880nm il suo contributo a questa lunghezza d’onda sarà predominante.
Dai dati ottenuti tramite Labview si nota infatti che il valore del segnale elettrico a 880nm è inferiore rispetto al valore ottenuto a 780nm.
MAGGIOR ASSORBIMENTO═RIDOTTO SEGNALE ELETTRICO
Dove,invece, il coefficiente di assorbimento dell’emoglobina ossigenata è ridotto 780nm l’intensità luminosa che arriverà al ricevitore sarà maggiore, quindi un segnale elettrico maggiore.
Nel caso di sangue venoso i risultati trovati sono stati i seguenti:
Fig 2: Sangue venoso
Il sangue venoso è impoverito d’ossigeno, ovvero ha una minor concentrazione di emoglobina ossigenata quindi di ossigeno.
Il segnale elettrico a 880 nm è maggiore rispetto al valore ottenuto per il sangue venoso perché c’è una minor concentrazione di cromofori ognuno dei quali assorbe la stessa quantità di luce pesata per il coefficiente di assorbimento. Da questa osservazione discende che
L’ASSORBIMENTO, A LUNGHEZZA D’ONDA FISSATA, DIPENDE DALLA CONCENTRAZIONE DEI CROMOFORI ALL’INTERNO DELLA SOLUZIONE.
Fig 3: Emogas
Come ulteriore prova alla validazione dei nostri esperimenti riportiamo le emogas-analisi.
Riprendendo ora l’ equazione (26) del capitolo 1 effettuiamo ulteriori considerazioni.
Nel passaggio da sangue arterioso a venoso si ha una diminuzione di concentrazione di emoglobina ossigenata quindi:
∆[HbO 2]< 0
essendo il denominatore dell’equazione un valore sempre positivo il numeratore deve essere negativo.
Sostituendo i valori di ottenuti con l’analisi al numeratore ottengo un valore negativo in perfetto accordo con il modello.
Fig 4: Diluizione 1
Tramite una siringa abbiamo iniettato della soluzione fisiologica all’interno di un campione di sangue.
Aumentando i volumi diminuiva la concentrazione di ossigeno quindi
l’assorbimento.L’esperienza è stata significativa in quanto abbiamo potuto stimare l’efficienza in termini di risposta temporale, ovvero quanto riesca a seguire le variazioni. Corrispondendo i tre gradini agli istanti di iniezione si può concludere che il strumento è in grado di monitorare le variazioni praticamente in tempo reale. La caratteristica è meglio evidenziata in questa seconda figura lo spike corrisponde all’istante di immissione. Il tempo di asssestamento è praticamente nullo.
