Objets communicants pour une santé à domicile

Mots clefs : santé, objets connectés, transmission des données, autonomie d’énergie  

Les objets connectés prennent petit à petit leur place dans nos maisons, nos appartements et nos bureaux. Certains deviennent même de véritables outils médicaux. Nous voyons arriver une génération de produits de surveillance plus fiables et faciles à mettre en route, nous citons quelques exemples qu’illustrent le potentiel de la santé connectée tels que.

  • L’Électrocardiogramme connecté.
  • Le Thermomètre médical connecté.
  • Le Bracelet connecté.
  • Le Tensiomètre automatique au bras sans fil connecté.
  • L’Électrostimulateur sans fil connecté.

Par rapport aux applications filaires, le développement de la technologie sans fil a connu une croissance rapide en raison de sa commodité et de sa rentabilité, compte tenu notamment des avantages offerts par les applications basées sur le réseau de capteurs sans fil (WSN). De telles applications existent dans de nombreux domaines, notamment la santé, le médical, l’industrie et la domotique.

Pour cela, dans le cadre de nos travaux de recherche et développement au sein d’entreprise EITA Consulting nous proposons une solution originale. Dans cette étude, un système de surveillance ECG à domicile sans fil utilisant l’une de technologies Zigbee, xBee, Wfi… ont été envisagé. Un tel système peut être utilisé pour surveiller les personnes à domicile et les médecins contrôlent régulièrement s’ils fournissent des soins médicaux appropriés, afin que les personnes puissent vivre plus longtemps à la maison. Le système de surveillance de la santé peut surveiller en continu de nombreux signaux physiologiques et fournir une analyse et une interprétation supplémentaires. Les caractéristiques et les inconvénients de ces systèmes peuvent affecter la mobilité du porteur lors de la surveillance des signes vitaux. Le système de surveillance en temps réel enregistre, mesure et surveille l’activité électrique cardiaque tout en préservant le confort du consommateur. A titre d’exemple, les appareils Zigbee peuvent fournir une faible consommation d’énergie, de petite taille et une solution à faible coût adaptée à la surveillance des signaux ECG à domicile, mais ces systèmes sont généralement conçus de manière isolée, quels que soient les réseaux et appareils de contrôle à domicile existants. Solutions pour maison intelligente. La présente étude propose une revue de l’état de l’art, puis présente les principaux concepts et contenus des systèmes de surveillance ECG sans fil. De plus, les modèles du signal ECG et les formules de consommation d’énergie sont mis en évidence. Des défis et des perspectives d’avenir sont également signalés. Le document conclut que ces systèmes de surveillance de la santé sur le marché de masse ne peuvent être largement utilisés qu’après avoir été mis en œuvre avec des systèmes de surveillance et de contrôle de l’environnement à domicile.

Le réseau de capteurs sans fil (WSN) est utilisé pour surveiller les phénomènes physiques ou environnementaux, tels que la température, le son, la pression ou le mouvement, et transmettre des données à l’emplacement principal via le réseau de capteurs [4]. De plus, ils sont utilisés dans de nombreuses applications, y compris les applications militaires, sanitaires et domestiques.

Problématique

Dans cette étude, nous nous sommes focalisés à un système de surveillance ECG en temps réel complet qui peut surveiller les patients à domicile. Dans ce système, nous utiliserons un capteur sur le corps du patient, qui est connecté à un réseau WSN déployé dans une maison ou un hôpital. Toutes les données enregistrées sont transmises à l’hôpital via le réseau WSN. Afin de prendre toutes les mesures nécessaires en cas d’urgence, l’hôpital enverra les données au médecin.

La technologie proposée devrait aider à fournir une réponse immédiate au personnel médical avec des patients. Dans certains cas, les patients sont autorisés à entrer à l’hôpital sans assistant, et en cas de rechute soudaine, la localisation du patient peut être facilement déterminée à l’aide de l’adresse WSN.

L’ECG et le système de surveillance

Le signal ECG est une mesure de l’activité électrique des cellules cardiaques spécialisées, qui produisent des potentiels d’action répétitifs d’auto-détection. Chaque potentiel d’action généré provoque la contraction du muscle cardiaque et de la fréquence cardiaque.

Le développement de systèmes de surveillance ECG à distance via des réseaux de télécommunications est devenu un sujet de recherche important. Ces systèmes aident à surveiller à distance les personnes portant des appareils portables WSN (Wireless Sensor Network) pour la surveillance ECG dans le cadre du concept Smart Home. Le signal ECG est transmis à un concentrateur local, puis envoyé à un serveur ECG, qui peut être utilisé pour une analyse plus approfondie à l’hôpital pour surveiller à distance la santé cardiaque. Les nouveaux développements dans les appareils mobiles, les biocapteurs et les appareils sans fil sont à l’origine du développement des états en ligne. En outre, les États membres peuvent fournir aux médecins des alertes automatiques basées sur un traitement ECG intelligent, qui à leur tour peuvent aider le porteur en fonction des anomalies détectées.

Les systèmes médicaux compatibles avec les communications sans fil offrent une détection légère et intelligente à faible coût, ce qui est très approprié pour pénétrer le marché de masse des consommateurs. Récemment, les progrès des capteurs médicaux, des réseaux et du traitement des données physiologiques ont conduit à de nouveaux appareils et services.  Pour soutenir les soins de santé personnels, le diagnostic des médecins et pour fournir les premiers soins en cas d’arrêt cardiaque, une surveillance de la santé omniprésente émerge.

Architecture du système de surveillance

Pour surveiller l’arrêt cardiaque, un appareil portable composé d’un processeur sans fil peut être connecté à une personne pour envoyer le signal ECG détecté du corps. Habituellement, le signal ECG, la fréquence cardiaque sont détectés. Par conséquent, pour toute anomalie détectée, des mesures peuvent être prises en envoyant un message d’alerte au médecin ou à l’hôpital le plus proche. Pour permettre une communication en dehors de l’hôpital, en cas d’arrêt cardiaque, une communication cellulaire ou une connexion Internet peut être utilisée pour aider le porteur.

Contenus des signaux ECG  

L’électrocardiogramme (ECG) est un signal qui représente l’activité électrique du cœur. Les bases théoriques et pratiques de l’enregistrement de l’activité électrique cardiaque ont été énoncées par Einthoven en 1901.

 Génération de l’ECG

L’onde d’activation permet l’apparition de dépolarisation et de repolarisation des cellules du cœur qui peuvent être recueillis par des électrodes placés dans des endroits précis. Ces processus donnent lieu à la forme d’onde globale d’un ECG dit normal, illustré par la figure ci-dessous :

Les principales formes d’onde qui constituent l’ECG global sont décrites ci-après :

a) L’onde P est une déflexion correspondant à la dépolarisation des oreillettes droite et gauche

b) L’onde T, déflexion correspondant à la repolarisation ventriculaire.

c) Le complexe QRS correspond à un ensemble de déflexions dues à la dépolarisation des ventricules

Les valeurs normales des durées des déflexions sont :

  • Onde P ≤ à 0,11s
  • Onde Q ≤ à 0,04s
  • Complexe QRS ≤ à 0,1s, habituellement compris entre 0,06 et 0,08s
  • Onde QT sa durée varie selon la fréquence cardiaque, elle s’allonge quand la fréquence se ralentit et se raccourcit quand la fréquence s’accélère.

Contenu spectrale de l’ECG

Le signal ECG représente une densité spectrale de puissance qui varie en fonction de la morphologie du signal (dérivations).

Les densités spectrales de puissance sont obtenues par la méthode du périodigramme moyenné sur 150 battements illustrés ci-dessous:

Le contenu spectrale des ondes PT se limite aux très basses fréquences tandis que pour le complexe QRS a le contenu vers les plus ‘hautes’ fréquences.

Une étude des signaux ECG sont effectués pour trois patients dont les caractéristiques sont données dans le tableau ci-dessous :

 Patient 1Patient 2Patient 3
sexeFémininMasculinFéminin
Age354881
DiabétiqueNonNonOui
FumeurNonNonNon

Tableau : Diagnostique des patients

Ces signaux ont les caractéristiques suivantes :

  • Durée : 10s
  • Fréquence d’échantillonnage : f=1000Hz

Chaque patient a subit 15 tests, chaque test constitue un signal ECG et les résultats obtenus sont données par les figures suivantes.