ECG e PPG: Significato e Confronto nella Misurazione della Salute Cardiovascolare

La pressione sanguigna è uno degli strumenti di controllo più importanti per la nostra salute. Conoscere l'importanza e il rilevamento tempestivo della pressione alta (nota anche come ipertensione) può aiutare i professionisti medici a riconoscere le malattie in una fase precoce.

Misurazione della Pressione Sanguigna

La pressione o pressione sanguigna è definita come la pressione all'interno delle arterie. Questa pressione permette al sangue di fluire ai vari organi del corpo.

• Il numero superiore rappresenta la pressione sistolica.
• Il numero inferiore indica la pressione diastolica.

Normalmente, la pressione arteriosa è più alta durante il giorno in base alle diverse fasi di attività, mentre diminuisce di notte durante la fase di riposo. Può aumentare bruscamente con qualsiasi tipo di stress o sforzo pesante. Può essere bassa nella stagione calda e salire nella stagione fredda. La pressione arteriosa normale è tipicamente intorno ai 120/80 mm Hg (millimetri di mercurio). È importante notare che a seconda dell'ora del giorno, la pressione arteriosa può a volte fluttuare, spesso salendo diverse ore prima che una persona si svegli, con un picco intorno a mezzogiorno, e calo nel tardo pomeriggio e sera.

Ipertensione: Un Fattore di Rischio Significativo

L'ipertensione è il fattore di rischio più comune per le malattie cardiovascolari, in particolare gli ictus. Secondo l'Oms, nel 2025 1,5 miliardi di persone tra i 30 e i 79 anni saranno colpite dalla pressione alta, con conseguenti costi significativi per la salute pubblica. Solo la metà dei pazienti con pressione alta riceve il trattamento, e di questi, solo la metà è trattata in modo efficace. Molte persone non si rendono nemmeno conto di avere la pressione alta.

Metodi di Misurazione della Pressione Sanguigna

Il metodo auscultatorio è il principale metodo di riferimento non invasivo che rimane il metodo eseguito durante una visita medica. Può essere eseguita utilizzando un bracciale collegato ad uno sfigmomanometro. Oggi, l'uso di un misuratore di pressione elettronico automatico attraverso il metodo oscillometrico è anche comunemente usato. I dati di misurazione della pressione sanguigna raccolti durante una visita medica sono oggetto di gran dibattito. Le visite mediche possono inavvertitamente provocare in alcuni pazienti stress, che puo` portare a valori di alta pressione diversi da quelli registrati a domicilio o in altri contesti rilassati.

Le misurazioni della pressione arteriosa al di fuori dello studio possono essere auto-misurazioni, che il paziente stesso effettua secondo un protocollo ben definito, o una registrazione automatica nell'arco di 24 ore, chiamata misurazione ambulatoriale della pressione arteriosa (ABPM). Oltre ai tradizionali misuratori di pressione sanguigna basati su polsino, sono in fase di sviluppo sempre più i cosiddetti monitor "senza polsino", che sono spesso integrati in oggetti in rete e utilizzano la tecnologia di fotopletismografia (PPG). Qui, il flusso sanguigno viene registrato misurando il cambiamento della luce e l'assorbimento sulla superficie della pelle. In caso di ipertensione, l'automisurazione permette una valutazione dell'efficacia del trattamento.

Oltre a questi dispositivi di misurazione della pressione sanguigna senza braccialetto, lo smartwatch certificato con bracciale per la pressione sanguigna è particolarmente degno di nota in quanto dispone di una custodia gonfiabile all'interno del braccialetto. Per la misurazione, questa sacca viene gonfiata utilizzando una mini-pompa integrata nell'orologio e viene applicato un metodo oscillometrico. La misurazione va effettuata per 30 secondi in posizione seduta, con il polso all'altezza del cuore. Misurare la pressione sanguigna utilizzando uno smartwatch della pressione sanguigna con un bracciale è facile da eseguire e i risultati sembrano essere affidabili. Le misurazioni ottenute con uno smartwatch della pressione sanguigna basato su bracciale sono state convalidate in diversi studi comparativi utilizzando il metodo standard.

Monitoraggio della Frequenza Cardiaca: PPG vs ECG

Oggigiorno, la misura della frequenza cardiaca non è più confinata al solo ambito clinico. Grazie all'ampia disponibilità di dispositivi indossabili, come ad esempio gli smartwatch, è possibile per i consumatori monitorare in maniera affidabile la loro frequenza cardiaca senza ricorrere ad apparecchiature mediche specializzate. Nel caso di pazienti già affetti da patologie, la possibilità di controllare su base continuativa la frequenza cardiaca può fornire informazioni molto utili, aiutandoli a monitorare le loro condizioni di salute nel tempo e, in alcuni casi, ad assumere i farmaci nei tempi stabiliti.

Nel caso delle applicazioni di fitness, sia che si tratti di atleti professionisti oppure più semplicemente di persone che desiderano migliorare la propria forma fisica, i cardiofrequenzimetri possono fornire riscontri in tempo reale, tenere traccia dei progressi complessivi, favorire un recupero da infortuni e consentire un allenamento mirato per zone di frequenza cardiaca (attività leggera, moderata, aerobica, etc.). L'ampia gamma di possibilità di impiego e l'utilità dei dati acquisiti sono alcuni dei fattori chiave alla base della notevole crescita della tecnologia per il monitoraggio della forma fisica (fitness tracking).

Il cuore ha il compito principale di pompare il sangue nel corpo. Di conseguenza, la misura in tempo reale della frequenza cardiaca è utile per indicare lo sforzo fisico in corso oltre che il verificarsi di problemi di salute improvvisi. Tuttavia, un monitoraggio continuo e accurato può fornire un quadro più completo dello stato di salute di una persona, consentendo di acquisire informazioni di vitale importanza come la variazione della frequenza cardiaca (HRV - Hearth Rate Variability). La variabilità della frequenza cardiaca si riferisce a un'irregolarità nel normale ritmo cardiaco (il che significa che gli intervalli tra battiti cardiaci consecutivi non sono costanti) e fornisce informazioni utili circa lo stato di salute del sistema nervoso autonomo. Per essere efficace, un metodo di rilevamento della frequenza cardiaca deve garantite l'accuratezza non solo istantaneamente e in condizioni specifiche, ma su base continuativa e in situazioni molto diverse fra di loro, al fine di fornire una migliore comprensione circa lo stato di salute di una persona.

Per il monitoraggio della salute in ambito consumer esistono due metodi per il rilevamento della frequenza cardiaca: il rilevamento di tipo ottico, noto come fotopletismografia (PPG) e l'elettrocardiografia (ECG), che misura direttamente l'attività elettrica del cuore e viene comunemente utilizzata in ambito clinico.

Fotopletismografia (PPG)

La tecnologia PPG utilizza una sorgente luminosa a LED di piccole dimensioni e un fotorilevatore per misurare l'attività cardiaca attraverso la variazione del flusso sanguigno. Nel momento in cui un vaso sanguigno si espande e si contrae, la luce riflessa dal LED varia. Le variazioni della luce riflessa possono quindi essere utilizzate per calcolare la frequenza cardiaca e la variazione del volume del flusso sanguigno. La tecnologia PPG utilizza misure di tipo ottico e ciò rappresenta un limite in quanto sono parecchi i fattori che possono influenzare l'accuratezza. Nel caso il dispositivo non sia a stretto contatto con la pelle, la luce ambiente può raggiungere il fotorilevatore alterando così la lettura se non viene applicata una compensazione accurata. Anche il numero e la posizione dei vasi sanguigni circostanti possono influenzare l'accuratezza del sistema. Oltre a ciò, la maggior parte dei sensori PPG prevede un periodo di assestamento o di calibrazione, durante il quale essi misurano le condizioni ambientali e calcolano la compensazione. La misura non risulta quindi istantanea, anche se l'utilizzo di dispositivi di rilevamento ad alta frequenza può contribuire a ridurre in maniera significativa il tempo di assestamento. Infine, poiché i LED sono la fonte di emissione utilizzata, il consumo di potenza di un sensore PPG è direttamente collegato alla frequenza dell'impulso e alla durata della misura.

Elettrocardiografia (ECG)

I sensori ECG determinano la frequenza cardiaca di una persona utilizzando elettrodi attaccati direttamente alla pelle per misurare una variazione del potenziale bioelettrico generata dal sistema di conduzione del cuore. Poiché i sensori ECG misurano direttamente l'attività elettrica del cuore, il loro tempo di assestamento è minimo, se non addirittura nullo, il che li rende ideali per l'uso in situazioni di emergenza. Essi possono inoltre tracciare in maniera accurata i picchi del battito cardiaco, consentendo una misura affidabile della variabilità della frequenza cardiaca. I sensori ECG sono immuni dalle interferenze luminose e l'unico requisito tecnico richiesto è la totale aderenza alla pelle. La principale limitazione dei sistemi ECG è la necessità di rilevare l'attività bioelettrica attraverso la pelle, operazione questa possibile solo in determinate parti del corpo (solitamente il petto, le ascelle, la parte superiore delle gambe e la punta delle dita). Questi vincoli di posizionamento degli elettrodi potrebbero quindi non permettere all'ECG di effettuare un monitoraggio continuo al di fuori di un ambiente clinico.

Tabella di Confronto tra PPG ed ECG

Caratteristica	PPG (Fotopletismografia)	ECG (Elettrocardiografia)
Misurazione	Variazione del flusso sanguigno tramite luce	Attività elettrica del cuore
Accuratezza	Influenzata da fattori ambientali e contatto con la pelle	Alta accuratezza, minimo tempo di assestamento
Posizionamento	Polso (dispositivi indossabili)	Petto, ascelle, gambe, dita
Limitazioni	Sensibile a interferenze luminose, periodo di calibrazione	Richiede posizionamento specifico degli elettrodi
Applicazioni	Fitness tracker, smartwatch	Monitoraggio clinico, dispositivi di emergenza

Considerazioni sulla Scelta tra PPG ed ECG

Nel momento in cui si deve scegliere tra PPG ed ECG, è necessario fare valutazioni approfondite prima di decidere quale sia la soluzione più appropriata. Per numerose applicazioni, l'interazione con l'utente è forse l'aspetto principale da considerare in fase di progetto. Nel caso di dispositivi indossabili come gli smartwatch e molti fitness tracker, il polso rappresenta l'ubicazione ideale in quanto assicura una presa sicura e semplicità di accesso a qualsiasi controllo. Senza dimenticare che il polso viene utilizzato per indossare altri oggetti come i tradizionali orologi oppure gioielli. In queste applicazioni, i sensori PPG possono essere integrati in un orologio o un cinturino, consentendo una connessione fisica diretta con il resto dell'elettronica di controllo e la massima comodità in fase di lettura.

L'importanza attribuita al monitoraggio della frequenza cardiaca nella strategia di promozione adottata per un particolare prodotto può anche determinare la scelta della tecnologia da utilizzare. Nel caso si tratti di un sensore ausiliario per il tracciamento dello stato di salute e della forma fisica progettato per essere collegato a uno smartwatch o a uno smartphone e che debba annoverare tra i suoi punti di forza un'elevata accuratezza o il tracciamento dell'HRV, sarebbe preferibile utilizzare la tecnologia ECG. Tuttavia, i cardiofrequenzimetri che operano in modo continuativo basati su ECG devono garantire il comfort della persona che li indossa. Per le applicazioni di fitness, di solito vengono sviluppate fasce elastiche che si adattano all'addome di una persona, mentre i dispositivi utilizzati esclusivamente per il monitoraggio della salute possono prevedere cuscinetti (pad) adesivi per assicurare un contatto stabile con la pelle.

Molti produttori di primo piano come Samsung, Apple e FitBit hanno deciso di integrare entrambi i tipi di sensori, PPG ed ECG, nei loro più recenti fitness tracker e monitor indossabili ad alte prestazioni. Mentre il sensore PPG viene utilizzato per effettuare il campionamento continuo necessario per fornire un quadro più completo della frequenza cardiaca di una persona e per tracciare le attività fisiche, il sensore ECG, solitamente integrato nella cornice del display, viene impiegato per eseguire controlli periodici a campione dell'HRV. Per le persone potenzialmente soggette a fibrillazione atriale parossistica (PAF), caratterizzata da battito cardiaco irregolare e spesso accelerato, la possibilità di accedere a misure ECG estremamente accurate può fornire informazioni sicuramente preziose. Quando un individuo avverte i primi sintomi correlati alla PAF, può eseguire immediatamente una misura ECG.

La misura della frequenza cardiaca mediante PPG riveste un ruolo cruciale in numerosi fitness tracker e dispositivi indossabili. La possibilità di fornire misure accurate utilizzando una parte del corpo comoda rende questa tecnologia particolarmente interessante per i progettisti. Il modulo ottico ADPD188GG di Analog Devices è una soluzione fotometrica completa in grado di misurare i segnali ottici provenienti sia dalla luce ambiente sia dagli impulsi sincroni riflessi dei LED. Caratterizzato da un'elevata efficienza, il modulo integra due LED e diodi fotorilevatori, tutti alloggiati in un elegante package custom che impedisce alla luce proveniente dal LED di essere rilevata dal fotodiodo senza prima essere penetrata nel soggetto. Durante la misura sincrona, assicura la migliore reiezione alle interferenze prodotte dalla luce ambiente. In grado di accelerare il processo di sviluppo, la scheda di valutazione EVAL-ADPD188GGZ e il software WaveTool danno vita a un ambiente che permette di valutare in modo semplice il sensore ADPD188GG. Il software WaveTool integra un'interfaccia utente (GUI) molto semplice, concepita per agevolare il processo di sviluppo e mette a disposizione numerose opzioni di configurazione, analisi nei domini del tempo e della frequenza in real-time e funzionalità di trasferimento mediante il protocollo UDP (User Datagram Protocol). Ciascuna scheda di valutazione integra un modulo ottico ADPD188GG, l'amplificatore AD8233 per applicazioni ECG e l'accelerometro ADXL362.

Il sensore MAX30102 di Analog Devices/Maxim Integrated è un modulo che abbina un sensore per la misura ottica della frequenza cardiaca e un pulsossimetro. Questo compatto dispositivo a montaggio superficiale (SMD) integra un driver per LED, un diodo LED e un modulo ottico miniaturizzato a 14 pin di dimensioni pari a soli 5,6x3,3x1,55mm. La potenza operativa richiesta inferiore a 1 mW e la bassissima corrente di shutdown (disattivazione) che permette di ridurre quasi a zero (0,7 µA) l'assorbimento in standby consentono di ottimizzare il tempo di funzionamento dei dispositivi alimentati a batteria. Poichè sia il LED sia la velocità di campionamento sono programmabili, è possibile ridurre i consumi in modo intelligente, in base ai requisiti dell'applicazione. Per garantire la massima semplicità del processo di sviluppo, il progetto di riferimento MAXREFDES117 di Analog Devices consente di valutare il sensore ottico e il pulsossimetro abbinati nel modulo MAX30102 con le piattaforme Arduino e Mbed.

La scelta della parte del corpo da utilizzare per misurare la frequenza cardiaca di una persona dipende da parecchi fattori, tra cui l'attività fisica della persona stessa, il grado di accuratezza della misura richiesto, la possibilità di accedere ai controlli e il comfort. Detto ció, in molti progetti di sviluppo di soluzioni per il monitoraggio della frequenza cardiaca la parte del corpo selezionata è il polso. Poiché i tradizionali orologi e i gioielli indossati al polso esistevano già molto tempo prima dell'avvento di dispositivi per il monitoraggio della frequenza cardiaca, l'utilizzo di questa parte del corpo può garantire il più elevato livello di comfort per l'utente. Per tutte le ragioni sopra esposte, la maggior parte dei fitness tracker e dei dispositivi indossabili è progettata per essere indossata al polso. Anche per le applicazioni sportive, numerosi atleti impegnati in sport non di contatto, come ciclisti, corridori e vogatori, scelgono smartwatch o bracciali da polso per il fitness.

Misurazione della Pressione con Smartwatch: Samsung Galaxy Watch

Controlla in ogni momento la pressione con l’app per la misurazione della pressione sanguigna. Grazie al sensore PPG (fotopletismografia) presente nel Galaxy Watch, l’app per la misurazione della pressione rileva la pressione sistolica e diastolica, nonché la frequenza cardiaca.

Come misurare la pressione sanguigna con Samsung Galaxy Watch

1. Taratura:
   1. Evita il consumo di alcolici e caffeina, non fumare, non svolgere attività fisica e non fare il bagno nei 30 minuti precedenti alla taratura.
   2. Assicurati che braccio e polso siano asciutti, non eccessivamente sudati e che non siano presenti residui di creme.
   3. Esegui la taratura al chiuso e in un luogo silenzioso.
   4. Metti una sedia comoda vicino al tavolo.
   5. Siediti sulla sedia appoggiando bene la schiena, non accavallare le gambe e appoggia i piedi bene a terra.
   6. Appoggia mani e avambracci sul tavolo.
   7. Rimani in questa posizione per almeno 5 minuti prima di avviare la taratura.
   8. Una volta avviata la taratura mantieni la posizione; cerca di non muovere il braccio e di non parlare mentre il misuratore tradizionale rileva la pressione sanguigna.
   9. Durante la misurazione, respira normalmente.
   10. Posiziona la fascia da braccio del misuratore di pressione al di sopra del gomito.
   11. Indossa il tuo Samsung Galaxy Watch sul polso dell’altro braccio. *Nota: effettua la misurazione 3 volte (totali) in 30 minuti per completare la taratura. Per ottenere misurazioni accurate della pressione sanguigna, è necessario ricalibrare ogni 28 giorni.
2. Attiva Samsung Health Monitor sul tuo smartwatch.
3. Watch.
4. Una volta terminata la rilevazione della pressione sanguigna con Samsung Health Monitor su Galaxy Watch, sul tuo smartphone Galaxy e sul tuo orologio verranno visualizzati i seguenti valori:
   • Pressione (Blood pressure, BP) sistolica
   • Pressione (Blood pressure, BP) diastolica
   • Pulsazioni (frequenza cardiaca)
   Non modificare medicinali o dosaggio sulla base di questi risultati. Consulta sempre prima il tuo medico.
   • Intervallo di misurazione: 70-180 mmHg per la pressione sistolica; 40-120 mmHg per quella diastolica
   • Intervallo di calibrazione: 80-170 mmHg per la pressione sistolica; 50-110 mmHg per quella diastolica

Una volta stabilita la connessione Bluetooth tra Galaxy Watch e lo smartphone Galaxy utilizzato per tararlo, i risultati della misurazione verranno sincronizzati con l’app Samsung Health Monitor sul tuo smartphone Galaxy.

Limitazioni e precauzioni

1. L’app per la misurazione della pressione sanguigna non deve essere usata a fini di diagnosi dell’ipertensione o di altre patologie cardiache. L’app per la misurazione della pressione sanguigna non è pensata per sostituire i tradizionali metodi di diagnosi o trattamento eseguiti da professionisti sanitari qualificati.
2. Non usare l’app per la misurazione della pressione sanguigna se si è affetti da una qualsiasi delle seguenti patologie:
   • Aritmia
   • Precedente insufficienza cardiaca o infarto
   • Malattia vascolare periferica o circolazione sanguigna compromessa
   • Malattie valvolari (malattie che interessano la valvola aortica)
   • Cardiomiopatia
   • Altre malattie cardiovascolari note
   • Insufficienza renale terminale (ESRD)
   • Diabete
   • Disturbi neurologici (ad es. tremori)
   • Disturbi della coagulazione o se si prendono farmaci anticoagulanti
   • Se si hanno tatuaggi sul polso su cui si indossa il Galaxy Watch
3. L’app per la misurazione della pressione sanguigna fa uso di segnali ottici raccolti da un sensore sul Galaxy Watch e necessita di un segnale di buona qualità per poter misurare la pressione sanguigna. La qualità del segnale può essere alterata da vari fattori, tra cui la pulizia del sensore dello smartwatch o le proprietà ottiche dell’area misurata.
4. Per usare la app Samsung Health Monitor sono necessari un Samsung Galaxy Watch* e uno smartphone Samsung Galaxy (sistema operativo Android 12 o superiore). A causa di restrizioni nazionali o regionali per l'ottenimento dell'approvazione/registrazione come dispositivo medicale, la app Samsung Health Monitor funziona solo sugli smartwatch e smartphone acquistati nei Paesi o nelle regioni in cui il servizio è già disponibile.

Misurazione ECG con Samsung Galaxy Watch

L’elettrocardiogramma (ECG) è un esame che misura l’attività elettrica del cuore e la registra in un grafico. L’ECG rappresenta il miglior modo per rilevare delle anomalie nel battito del cuore. Grazie all’aiuto del sensore ECG del Galaxy Watch, l’app per l’ECG di Samsung Health Monitor rileva i segnali ECG (simili a quelli di un ECG a singola derivazione) e determina la presenza di fibrillazione atriale o ritmo sinusale normale.

Come misurare l'ECG con Samsung Galaxy Watch

1. Watch per 30 secondi.
2. Galaxy Watch effettua la misurazione.
3. rilevazione, sul telefono apparirà il risultato dell’ECG.
4. ∙ Ritmo sinusale: Un ritmo sinusale è quando il cuore batte a un ritmo costante. Ciò avviene quando atri e ventricoli battono in modo sincrono. Il risultato Ritmo sinusale si basa solo su una specifica lettura ECG e non indica che il tuo cuore batte sempre in maniera uniforme. Inoltre, un risultato Ritmo sinusale non garantisce che tu non soffra di aritmia o altre condizioni di salute. ∙ Fibrillazione atriale: Una fibrillazione atriale è quando il cuore batte a un ritmo irregolare. Ciò avviene quando atri e ventricoli battono fuori sincrono. La fibrillazione atriale è la forma più comune di battito irregolare. ∙ Inconcludente: Per risultato Inconcludente s’intende che la lettura ECG non è classificabile. ∙ Lettura di scarsa qualità: Se si ottiene un risultato Lettura di scarsa qualità, significa che Samsung Health Monitor non è stata in grada di analizzare i dati.

Limitazioni e precauzioni ECG

1. L’app per l’ECG non deve essere usata a fini di diagnosi. L’app per l’ECG non è in grado di diagnosticare patologie cardiache o identificare i segni di un infarto.
2. L’app per l’ECG non è pensata per sostituire i tradizionali metodi di diagnosi o trattamento eseguiti da professionisti sanitari qualificati. Contattare immediatamente il pronto soccorso locale se si pensa di avere un’emergenza medica.
3. NON apportare modifiche ai farmaci assunti o al dosaggio senza prima consultare il medico.
4. NON interpretare i risultati delle misurazioni dell’app per l’ECG o intraprendere azioni cliniche in base ai risultati senza prima consultare un professionista sanitario qualificato.
5. NON utilizzare l’app per l’ECG se si è subito l’impianto di un pacemaker, di un defibrillatore cardiaco o di altri dispositivi elettronici.
6. Per usare la app Samsung Health Monitor sono necessari un Samsung Galaxy Watch* e uno smartphone Samsung Galaxy (sistema operativo Android 12 o superiore). A causa di restrizioni nazionali o regionali per l'ottenimento dell'approvazione/registrazione come dispositivo medicale, la app Samsung Health Monitor funziona solo sugli smartwatch e smartphone acquistati nei Paesi o nelle regioni in cui il servizio è già disponibile.

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