EO 517

ANALOG BIOZ AFES Questi dispositivi consentono un’integrazione estrema del sistema EIS a bioimpedenza in un dispositivo por- tatile, in grado di catturare lo spettro di impedenza del tessuto biologico sotto la pelle del paziente, valutando il volume di farmaco veicolato attraverso la pelle prima e dopo la somministrazione attraverso il TMD. Tali sistemi EIS possono valutare sia il modulo che la fase dell’impedenza sull’intero spettro, sebbene studi di laboratorio abbiano dimostrato che il modulo è il para- metro più significativo, poiché la fase è affetta da bas- sa linearità e monotonicità in funzione della quantità di farmaco. D’altra parte, la quantità di farmaco sommini- strato è correlata da una relazione lineare alla variazio- ne dell’impedenza prima e dopo la somministrazione. In genere, la relazione lineare può essere ottenuta con una calibrazione corretta eseguita in precedenza. Come anticipato, dal momento che i tessuti biologici cambiano significativamente le loro proprietà di con- ducibilità elettrica a seconda di alcune caratteristiche come lo spessore della pelle o lo stato di idratazione del- lo stratum corneum , è fondamentale rendere l’analisi di bioimpedenza riproducibile per caratterizzare il tessuto in esame prima di ogni trattamento TMD, anche sullo stesso singolo paziente. Inoltre, la caratterizzazione è importante per evitare errori dovuti alla deriva causata dalla penetrazione del gel negli elettrodi umidi nel corso del tempo. Come accennato in precedenza, infatti, l’ele- vata concentrazione di ioni nel gel elettrolitico influisce significativamente sulla conduttività del tessuto, produ- cendo un’instabilità a breve termine della misura, che può essere prevenuta attraverso un monitoraggio conti- nuo dell’impedenza stessa. Soluzioni per AFE a bioimpedenza: AD5940 e MAX30009 ADI è in grado di fornire diverse soluzioni per progettare un dispositivo di misurazione della bioimpedenza desti- nato ad applicazioni portatili TMD. In linea di massima, esistono due metodi principali per misurare la bioimpe- denza: l’eccitazione in tensione e l’eccitazione in corren- te. Nel primo metodo, si applica una tensione variabile al tessuto in esame e si misura la corrente risultante, mentre il secondo fa il contrario, applicando una corrente e mi- surando la tensione risultante. Il metodo della tensione può essere facilmente implementato con l’AD5940 (Fig. 9), mentre quello della corrente può essere sviluppato con il MAX30009. L’AD5940 è un AFE ad alta precisione e bassa potenza pro- gettato per applicazioni portatili EIS, composto da due loop di eccitazione e un canale di misura comune. Ciascuno dei due loop dispone di DAC a 12 bit per generare segnali di eccitazione, uno dalla DC a 200 Hz e il secondo fino a 200 kHz. Ogni DAC ha un buffer di eccitazione a doppia uscita che controlla l’ingresso non invertente del relativo poten- ziostato e l’ingresso non invertente degli amplificatori a transimpedenza (TransImpedance Amplifier, o TIA), che misurano la corrente convertendone il flusso in tensione. Un generatore digitale di forme d’onda può generare se- gnali sinusoidali, trapezoidali e a onda quadra. Sia la ten- sione di eccitazione che la corrente risultante (convertita in tensione dai TIA) possono essere misurate attraverso i canali di ingresso che alimentano un multiplexer analogi- co (mux) collegato a un ADC a registri ad approssimazione successiva (Successive Approssimation Register, o SAR), caratterizzato da una risoluzione a 16 bit e 800 kSPS. Il flusso di dati proveniente dall’ADC può essere post-elabo- rato internamente in vari modi tramite diversi blocchi di- gitali, tra cui filtri digitali programmabili integrati (sinc2, sinc3), filtro a 50 Hz/60 Hz per la reiezione del rumore proveniente dagli alimentatori, statistiche programmabi- li per il calcolo automatico di minimo, massimo, media e varianza o, cosa più importante, un motore di calcolo per impedenze complesse, consistente in un acceleratore DSP integrato per il calcolo della trasformata discreta di Fou- rier (Discrete Fourier Transform, DFT) in grado di fornire sia le componenti reali che quelle immaginarie dell’impe- denza misurata, riducendo il carico di lavoro di elabora- zione richiesto al microcontrollore host. Fig. 9 – Schema semplificato della misura di bioimpedenza AD5940 – metodo di eccitazione in tensione ELETTRONICA OGGI 517 - APRILE 2024 32