Biomedical devices and instrumentation

Descrizione

Le attività del laboratorio riguardano le misure e la strumentazione biomedicale, con particolare attenzione allo sviluppo, alla caratterizzazione e alla validazione di sistemi di misura per il monitoraggio di grandezze fisiologiche e biomeccaniche, anche in integrazione con tecniche di intelligenza artificiale per l’analisi avanzata dei dati.

Le principali linee di ricerca includono:

• Analisi pressoria e posturografia: Distribuzione dei carichi (piedi, mani, corpo) su superfici di contatto e monitoraggio pediatrico.
• Monitoraggio non invasivo: Frequenza cardiaca/respiratoria in incubatrici, temperatura e pressione arteriosa contactless.
• Performance e Terapia: Caratterizzazione di sistemi per fisioterapia e sensori indossabili per lo sport.
• Ingegneria Clinica: Sviluppo di banchi prova per valvole cardiache e collimatori per sistemi PET.

Tra gli esempi applicativi studiati presso questo laboratorio si ricordano: Misure di distribuzione delle pressioni contatto sui piedi, sulle mani e più in generare sulla superficie del corpo a contatto con cuscini e materassi; misura del centro di pressione  e della distribuzione delle pressione su pazienti pediatrici (posturografia), misura della frequenza cardiaca e respiratorio in neonati all’interno di culle e incubatrici, caratterizzazione meccanica di sistemi terapeutici ad impulsi per fisioterapia, misura della temperatura senza contatto su pazienti, misura indiretta della pressione arteriosa senza contatto, utilizzo di sistemi indossabili inerziali per la caratterizzazione delle prestazioni di atleti, progetto e sviluppo di collimatori per sistemi PET, sviluppo di banchi di prova per valvole cardiache.

Focus 1: Dispositivi Wearable

Una linea specifica è dedicata ai sistemi indossabili (IMU) per il monitoraggio continuo di ECG, respirazione e movimento. L’attività copre l’intero ciclo di sviluppo: dalla progettazione dell’hardware alla sincronizzazione dei segnali e validazione real-life, garantendo misure affidabili e non invasive.

Focus 2: Monitoraggio Guarigione Ossea Il laboratorio sviluppa una tecnologia diagnostica d’avanguardia per il monitoraggio delle fratture, alternativa alle radiazioni ionizzanti.

• Metodologia: Si basa sulla trasmissibilità di vibrazioni meccaniche attraverso il sito di frattura.
• Hardware: Uno shaker miniaturizzato (Q-HSH) eccita il sistema osseo-fissatore, mentre accelerometri monoassiali (PCB 352C23) acquisiscono i segnali tramite sistemi SCADAS Mobile o National Instruments.
• Obiettivo: Correlare le variazioni di trasmissibilità al consolidamento osseo. La validazione iniziale è stata condotta su modelli sintetici Sawbone, che replicano fedelmente le proprietà meccaniche dell’osso umano.

Pubblicazioni

• Cosoli G., Spinsante S., Scalise L. Wrist-worn and chest-strap wearable devices: Systematic review on accuracy and metrological characteristics (2020). Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, 159, art. no. 107789; DOI: 10.1016/j.measurement.2020.107789
• Morbiducci U., Scalise L., De Melis M., Grigioni M. Optical vibrocardiography: A novel tool for the optical monitoring of cardiac activity (2007). Annals of Biomedical Engineering, 35 (1), pp. 45 – 58; DOI: 10.1007/s10439-006-9202-9
• Cosoli G., Spinsante S., Scardulla F., D’Acquisto L., Scalise L. Wireless ECG and cardiac monitoring systems: State of the art, available commercial devices and useful electronic components (2021). Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, 177, art. no. 109243; DOI: 10.1016/j.measurement.2021.109243
• Panni L., Cosoli G., Arnesano M., Citarelli F., Antognoli L., Scalise L. Measurement of Spatio-Temporal Gait Parameters Through a Wearable Device for the Evaluation of the Activity Level of Athletes (2025). IEEE Open Journal of Instrumentation and Measurement, 4, art. no. 6500212; DOI: 10.1109/OJIM.2025.3636681
• Morresi N., Marchionni P., Antognoli L., Marinelli L., Correani A., Carnielli V.P., Scalise L. Serum Bilirubin Optical Measurement Adjusted for Oxyhemoglobin: Calibration Procedure Development for Portable Point-of-Care Bilirubinometers (2025). IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 74, art. no. 4004709; DOI: 10.1109/TIM.2025.3550598.

Personale di riferimento

Prof. Lorenzo Scalise
Tel. +39 071 220 4442
email: l.scalise@staff.univpm.it

Ing. Giuseppe Pandarese
Tel. +39 071 220 4100
email: g.pandarese@staff.univpm.it