INTRODUZIONE
Lo scopo di questo lavoro di tesi è la progettazione e realizzazione, a livello prototipale, di un sistema wireless miniaturizzato e impiantabile per la rilevazione di parametri fisiologici del tratto gastro-esofageo.
Questo studio si inserisce nell’ambito della ricerca di nuovi sistemi minimamente invasivi, che si possano sostituire ai dispositivi tradizionali attualmente in uso per effettuare alcuni esami clinici, in questo caso particolare la manometria e la pH-metria esofagea.
Le problematiche riscontrate nei metodi tradizionali di rilevazione, sono legate fondamentalmente alla scarsa praticità che caratterizza il sistema di acquisizione dati: questi apparecchi infatti utilizzano sistemi di cateteri per la rilevazione di pH e pressione esofagei, che risultano molto fastidiosi per i pazienti sottoposti all’esame.
Alla luce di quanto detto, il sistema elettronico proposto vuole sfruttare:
• un modulo di telemetria con circuito di acquisizione e trasmissione dati, miniaturizzato ed impiantabile;
• un circuito di ricezione, interfacciabile con PC per la memorizzazione e visualizzazione dei dati rilevati.
Il sistema finale prevede che per ogni indagine clinica si utilizzino cinque capsule da agganciare all’esofago: quattro identiche fra loro (con sensore di pressione, convertitore A/D, trasmettitore, più l’elettronica necessaria), una sola dotata anche di sensore per pH; esse devono essere posizionate lungo il tratto esofageo a 5 cm l’una dall’altra.
Resta da sottolineare che il prototipo progettato presenta notevoli caratteristiche di flessibilità: il modulo di telemetria può infatti essere accoppiato con diversi tipi di circuiti di acquisizione del segnale e quindi utilizzato per svariate applicazioni.
I problemi affrontati durante questo studio, sono legati dunque ai seguenti aspetti: • date le specifiche stringenti sulle dimensioni del circuito di acquisizione e
trasmissione, è stato necessario cercare e scegliere componenti di dimensioni opportune; in fase di realizzazione, si sono seguite metodologie che permettessero la minimizzazione degli ingombri dovuti alle piste di collegamento;
• un ruolo rilevante ha avuto la ricerca di regole di layout in modo da minimizzare le emissioni spurie rispetto alla portante e migliorare la robustezza alle interferenze presenti nell’ambiente esterno;
• è stato necessario progettare diversi tipi di antenna, di dimensioni contenute, che sono state testate per ottenere un corretto dimensionamento della potenza di trasmissione;
• per poter effettuare i test in vivo, sono state eseguite diverse prove di
packaging per rendere il modulo adatto all’impianto: infatti il circuito deve
risultare perfettamente isolato dall’ambiente circostante e rivestito di materiale biocompatibile per non causare danni ai tessuti biologici, ma contemporaneamente i sensori devono essere esposti all’esterno per poter rilevare i dati necessari.
Come detto sopra, in questo lavoro di tesi gli esperimenti condotti sono stati finalizzati al possibile utilizzo del modulo di telemetria progettato come rilevatore di pH e pressione intra-esofagei: per questo motivo è stato ritenuto opportuno inserire una descrizione anatomica del giunto esofago-gastrico, arricchita da alcune informazioni di carattere divulgativo sulla patologia di interesse.
Si passa quindi a una panoramica sulle principali applicazioni della radiotelemetria nel campo biomedico, in cui è stato dedicato particolare spazio ai dispositivi più innovativi recentemente realizzati.
A questo punto segue la descrizione del lavoro eseguito, articolato in due fasi principali: inizialmente è stato ripreso il lavoro svolto durante il periodo di tesi dall’Ing. P.Valdastri, in cui è stato progettato un sistema di telemetria multicanale impiantabile; vengono descritte le caratteristiche principali del sistema, quindi viene dedicato ampio spazio all’analisi dei vari prototipi realizzati del circuito di trasmissione e ricezione, coi quali è stata eseguita una serie di prove di laboratorio per verificare le funzionalità del sistema, per ottimizzarne i parametri circuitali e verificare il corretto accoppiamento tra trasmettitore e ricevitore. In questa fase è stato necessario uno studio dei datasheet dei componenti utilizzati e degli application notes di recente uscita.
A conclusione di questa prima parte di lavoro, è stato progettato e realizzato un circuito per la rilevazione del pH: viene quindi riportata la descrizione del modulo dotato di sensore e di packaging biocompatibile, col quale è stato effettuato il primo test in vivo su maiale, seguita dall’analisi dei risultati ottenuti da questo primo esperimento.
A questo punto si passa alla descrizione della seconda parte di lavoro, che si basa sulla progettazione e realizzazione di un nuovo prototipo impiantabile miniaturizzato, completamente scalato nelle dimensioni rispetto al precedente.
Le specifiche progettuali testate nella fase precedente, sono state mantenute anche per il secondo prototipo, apportando ove necessario alcune modifiche.
Vengono prima descritti i componenti utilizzati, poi i circuiti progettati per il nuovo modulo. Segue la parte sugli strumenti utilizzati per la fase di realizzazione del prototipo e sui test effettuati per verificarne le funzionalità. Viene poi dedicato spazio all’analisi del tipo di packaging più adatto all’impianto, riportando le caratteristiche dei materiali utilizzati e del sistema proposto.
Per concludere il lavoro svolto, si descrive poi l’ultimo test in vivo effettuato con questo secondo modulo, accompagnato da un’analisi dei risultati ottenuti dall’esperimento e delle conclusioni che ne derivano.
