Ottimizzazione dei processi di misura con sensore wearable e analisi dei segnali

Continuous cardiovascular monitoring using wearable devices based on photoplethysmography (PPG) technology is an increasingly widespread reality, as it allows for continuous and non-invasive tracking of patients' conditions. However, the accuracy of PPG sensors is limited by their susceptibility to motion artifacts and the variability of the sensor-skin coupling. The present study aims to validate the accuracy of the Empatica EmbracePlus device by analyzing how the placement on the arm and the degree of tightness of the wristband influence signal quality and heart rate (HR) estimation. The experimental methodology involved 3 participants who performed a sequence of 5 activities at different intensities, repeated across 6 experimental configurations combining three measurement sites and two levels of contact pressure. The acquired data were compared with the Zephyr BioHarness 3.0 reference system, which provides an electrocardiographic (ECG) signal, assumed as the gold standard. The raw data underwent a pre-processing pipeline in a Python environment, including conversion into physical units, morphological inversion of the Blood Volume Pulse (BVP) signal, and digital band-pass filtering. The analysis demonstrates that PPG signal quality is significantly affected by device placement and motor intensity. In conclusion, this study provides methodological guidelines for the employment of the Empatica EmbracePlus in experimental settings, suggesting that proper adherence and placement of the sensor are essential to ensure the reliability of biometric data extracted in daily life conditions. Furthermore, the use of this sensor is primarily recommended during low-intensity activities.

Il monitoraggio cardiovascolare continuo tramite dispositivi wearable basati su tecnologia fotopletismografica (PPG) rappresenta una realtà tecnologica sempre più diffusa in quanto permette di monitorare le condizioni dei pazienti in maniera continuativa e non invasiva. Tuttavia, l'accuratezza dei sensori PPG è limitata dalla suscettibilità agli artefatti da movimento e dalla variabilità dell'accoppiamento tra sensore e pelle. Il presente studio si pone l'obiettivo di validare l'accuratezza del dispositivo Empatica EmbracePlus, analizzando come il posizionamento sul braccio e il grado di aderenza del bracciale influenzino la qualità del segnale e la stima della frequenza cardiaca (HR). La metodologia sperimentale ha coinvolto 3 partecipanti, sottoposti a una sequenza di 5 attività a differente intensità, ripetuta secondo 6 configurazioni sperimentali combinanti tre siti di misurazione e due livelli di pressione di contatto. Le acquisizioni sono state confrontate con il sistema di riferimento Zephyr BioHarness 3.0, che restituisce un segnale elettrocardiografico (ECG), assunto come gold standard. I dati grezzi sono stati sottoposti a una pipeline di pre-elaborazione in ambiente Python, includendo la conversione in unità fisiche, l'inversione morfologica del segnale di pulsazione del volume sanguigno (BVP) e il filtraggio passa-banda digitale. L'analisi dimostra che la qualità del segnale PPG è condizionata dal posizionamento del dispositivo e dall'intensità motoria. In conclusione, lo studio fornisce indicazioni metodologiche per l'impiego dell'Empatica EmbracePlus in contesti sperimentali, suggerendo che una corretta aderenza e posizione del sensore sia indispensabile per garantire l'affidabilità dei dati biometrici estratti in condizioni di vita quotidiana, si preferisce inoltre impiegare tale sensore in attività di bassa intensità.