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Indice
Capitolo 1 Introduzione ... 4
Obiettivi e struttura della tesi ... 6
Capitolo 2 Il sistema respiratorio ... 8
2. 1 Anatomia del sistema respiratorio ... 9
2. 2 Fisiologia della respirazione ... 13
2.2.1 Fase di inspirazione ... 15
2.2.2 Fase di espirazione ... 16
2.3 Controllo della respirazione ... 19
Capitolo 3 Il sonno ... 22
3.1 Fisiologia del sonno ... 23
3.1.1 Sonno non-REM ... 24
3.1.2 Sonno REM ... 25
3.2 Disturbi del sonno: le apnee notturne ... 27
3.2.1 Definizione e classificazione ... 28
3.2.2 Apnea ostruttiva durante il sonno ... 29
3.2.3 Apnea centrale durante il sonno ... 34
3.2.4 Trattamento ... 37
3.3 Polisonnografia ... 38
Capitolo 4 Monitoraggio della respirazione: stato dell’arte ... 41
4.1 Il monitoraggio ospedaliero ... 42
4.2 Dispositivi per il monitoraggio continuo notturno in ambiente extra- ospedaliero ... 44
4.2.1 Sistemi basati su accelerometri ... 45
4.2.2 Sistemi portatili basati su altre tecniche ... 56
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Capitolo 5 Il sistema di monitoraggio della respirazione notturna proposto ... 60
5.1 Il dispositivo di acquisizione utilizzato: valutazione della contrattilità cardiaca ... 61
5.1.1 La contrattilità miocardica ... 62
5.1.2 I toni cardiaci ... 65
5.1.3 Monitoraggio della relazione forza-frequenza tramite accelerometro .. 65
5.2 Utilizzo dell’accelerometro come inclinometro ... 69
5.2.1 Misurazioni a singolo asse ... 70
5.2.2 Misurazioni a due assi ... 71
5.2.3 Misurazioni a tre assi ... 74
5.3 Analisi delle Componenti Principali (PCA) ... 77
5.3.1 PCA - Un Approccio Intuitivo ... 77
5.3.2 Calcolo della PCA ... 78
5.3.3 Autovalori e autovettori ... 81
5.3.4 Scelta del numero delle componenti principali ... 83
5.4 Acquisizione sperimentale dei segnali accelerometrici: simulazione delle apnee notturne ... 84
5.5 L’algoritmo proposto ... 90
5.5.1 Identificazione della posizione del paziente ... 91
5.5.2 Fase di pre-processing ... 93
5.5.3 Proiezione dei segnali di accelerazione su un asse predeterminato ... 97
5.5.4 Detection del segnale respiratorio: individuazione delle apnee e delle fasi respiratorie ... 104
Capitolo 6 Porting del codice sul microcontrollore ... 112
6.1 Il microcontrollore utilizzato ... 113
6.2 Fixed Point: formato Q15 ... 115
6.3 Implementazione del codice in linguaggio C ... 117
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6.3.1 Main del codice implementato ... 118
6.3.2 Funzione di filtraggio ... 120
6.3.3 Funzione di proiezione ... 123
6.3.4 Funzione di detection ... 124
6.4 Profiling del codice ... 125
Capitolo 7 Conclusioni e sviluppi futuri ... 129
Ringraziamenti ... 132
Bibliografia ... 133
