Development of a wearable insole for heart rate monitoring

This thesis presents the development of an acquisition system for measuring heart rate signals from the sole of the foot. Heart rate monitoring from this area represents a largely unexplored field of research, yet one with significant potential. In particular, the integration of such a system into an insole opens the door to innovative smart footwear, applicable in sports for athlete monitoring as well as in occupational settings for worker health assessment. The main challenges addressed include the design of a system capable of reliably and promptly acquiring signal samples, along with the identification of suitable measurement sites on the foot. The anatomical complexity of the sole—due to the presence of numerous muscles, veins, blood vessels, and tendons—makes the acquisition of PPG (Photoplethysmographic) signals particularly demanding. For this reason, the focus was placed on the side of the foot sole, a region for which no prior measurement attempts were found in the literature. The work involved the prototyping of the measurement system, the development of acquisition and data collection logic, validation of the implemented code, and experimental signal acquisition from multiple subjects to conduct a preliminary feasibility study.

Questa tesi si propone di sviluppare un sistema di acquisizione per la rilevazione del segnale cardiaco dalla pianta del piede. La misurazione della frequenza cardiaca da questa zona rappresenta un ambito di ricerca ancora poco esplorato, ma con potenzialità interessanti. In particolare, l'integrazione del sistema all’interno di una soletta apre nuove prospettive per la realizzazione di calzature intelligenti, utili sia in ambito sportivo, per il monitoraggio del benessere degli atleti, sia in ambito lavorativo, per la tutela della salute dei lavoratori. Le principali sfide affrontate hanno riguardato la progettazione di un sistema in grado di acquisire campioni in modo affidabile e tempestivo, nonché l’individuazione dei punti più idonei per la misurazione sulla pianta del piede. La complessità anatomica di quest’area, dovuta alla presenza di numerosi muscoli, vene, vasi sanguigni e tendini, rende particolarmente difficile l’acquisizione di segnali PPG (Photoplethysmographic). Per questo motivo, l’attenzione è stata rivolta in particolare al lato della pianta del piede, una zona per la quale non si riscontrano precedenti studi in letteratura. Il lavoro ha previsto la prototipazione del sistema di misura, lo sviluppo della logica di acquisizione e raccolta dei segnali, la verifica del codice implementato e l’acquisizione sperimentale di forme d’onda da diversi soggetti, al fine di condurre uno studio preliminare sulla fattibilità della misurazione.