10 avril 2019
Le timbre de la respiration
Des chercheurs mettent au point un timbre épidermique intelligent pour mesurer la fréquence respiratoire et les quintes de toux
Par : Jean Hamann
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Les deux timbres épidermiques intelligents contiennent un accéléromètre et un gyroscope servant à déterminer le rythme respiratoire. Le timbre installé sur le thorax contient aussi un système microélectromécanique servant à établir la fréquence des quintes de toux.
— Cheikh Latyr Fall
Malgré les progrès de la technologie, mesurer avec précision le rythme respiratoire d'une personne représente encore aujourd'hui un défi considérable. «La tâche paraît simple, mais elle ne l'est pas», assure Benoit Gosselin, professeur du Département de génie électrique et de génie informatique et chercheur au CIRRIS et au Centre CERVO. «L'amplitude des mouvements respiratoires est relativement faible et le moindre geste du patient peut induire des erreurs. Le médecin intensiviste et spécialiste de la respiration François Lellouche, de la Faculté de médecine, nous a contactés pour savoir si nous pouvions développer une méthode plus simple et plus efficace que celles utilisées actuellement dans les hôpitaux.»
Présentement, la mesure de la fréquence respiratoire des patients hospitalisés se fait de deux façons. La première, l'observation directe, nécessite la présence d'un professionnel de la santé qui compte les mouvements thoraciques du patient. Elle est très précise, mais elle exige du temps et des ressources. La deuxième, la pléthysmographie par inductance, fait appel à deux bandes munies d'électrodes installées autour du thorax et de l'abdomen du patient. Ces bandes sont reliées par des fils à un appareil qui enregistre les signaux et qui les convertit en cycles respiratoires. «Les fils sont encombrants et le sujet doit demeurer immobile pendant la prise de mesure», souligne le professeur Gosselin.
Avec son équipe, le chercheur a mis au point un dispositif composé de deux petits capteurs sans fil qui sont placés sur le thorax et l'abdomen du sujet. Chacun de ces timbres, qui sont décrits en détail dans un article publié par le IEEE Sensors Journal, contient un accéléromètre et un gyroscope servant à suivre les déplacements du thorax. Les données captées par chaque timbre sont transmises par réseau sans fil à un ordinateur qui, par la magie des algorithmes, les convertit en fréquence respiratoire. Le timbre installé sur le thorax contient aussi un système microélectromécanique pour enregistrer les signaux audio. «En utilisant un filtre de fréquences, on peut sélectionner celles qui sont spécifiques à la toux et éliminer les autres sons comme ceux de la voix humaine», précise Benoit Gosselin.
Le système est peu gourmand sur le plan énergétique. Avec une pile semblable à celle d'une montre, l'appareil peut fonctionner de 3 à 4 jours. Les chercheurs ont utilisé des composantes électroniques disponibles sur le marché pour construire leur prototype, de sorte que chaque timbre coûte à peine quelques dizaines de dollars.
Sur le plan de la fiabilité, les tests effectués par les chercheurs montrent que leur système fait aussi bien que l'appareil de pléthysmographie par inductance lorsque les patients sont assis. «On pourrait l'utiliser non seulement à l'hôpital, mais aussi chez des patients qui sont retournés à leur domicile et pour lesquels un suivi est recommandé. Grâce à l'infonuagique, les données pourraient être consultées à distance par des professionnels de la santé», souligne le professeur Gosselin.
Autre avantage des timbres intelligents sur la pléthysmographie, ils produisent des données fiables même lorsque le patient est en mouvement. «Cette possibilité ouvre la porte à d'autres applications dans le domaine de la médecine, mais aussi dans celui du sport, avance le chercheur. Nous tentons maintenant d'intégrer sur ces timbres de nouvelles composantes pouvant mesurer des signes vitaux comme le rythme cardiaque, la température corporelle et la pression sanguine.»
Les auteurs de l'étude parue dans le IEEE Sensors Journal sont Tamer Elfaramawy, Cheikh Latyr Fall, Soodeh Arab et Benoit Gosselin, du Département de génie électrique et de génie informatique, François Lellouche, de la Faculté de médecine et du Centre de recherche de l'Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec, et Martin Morissette, directeur de la R et D chez OxyNov.
Présentement, la mesure de la fréquence respiratoire des patients hospitalisés se fait de deux façons. La première, l'observation directe, nécessite la présence d'un professionnel de la santé qui compte les mouvements thoraciques du patient. Elle est très précise, mais elle exige du temps et des ressources. La deuxième, la pléthysmographie par inductance, fait appel à deux bandes munies d'électrodes installées autour du thorax et de l'abdomen du patient. Ces bandes sont reliées par des fils à un appareil qui enregistre les signaux et qui les convertit en cycles respiratoires. «Les fils sont encombrants et le sujet doit demeurer immobile pendant la prise de mesure», souligne le professeur Gosselin.
Avec son équipe, le chercheur a mis au point un dispositif composé de deux petits capteurs sans fil qui sont placés sur le thorax et l'abdomen du sujet. Chacun de ces timbres, qui sont décrits en détail dans un article publié par le IEEE Sensors Journal, contient un accéléromètre et un gyroscope servant à suivre les déplacements du thorax. Les données captées par chaque timbre sont transmises par réseau sans fil à un ordinateur qui, par la magie des algorithmes, les convertit en fréquence respiratoire. Le timbre installé sur le thorax contient aussi un système microélectromécanique pour enregistrer les signaux audio. «En utilisant un filtre de fréquences, on peut sélectionner celles qui sont spécifiques à la toux et éliminer les autres sons comme ceux de la voix humaine», précise Benoit Gosselin.
Le système est peu gourmand sur le plan énergétique. Avec une pile semblable à celle d'une montre, l'appareil peut fonctionner de 3 à 4 jours. Les chercheurs ont utilisé des composantes électroniques disponibles sur le marché pour construire leur prototype, de sorte que chaque timbre coûte à peine quelques dizaines de dollars.
Sur le plan de la fiabilité, les tests effectués par les chercheurs montrent que leur système fait aussi bien que l'appareil de pléthysmographie par inductance lorsque les patients sont assis. «On pourrait l'utiliser non seulement à l'hôpital, mais aussi chez des patients qui sont retournés à leur domicile et pour lesquels un suivi est recommandé. Grâce à l'infonuagique, les données pourraient être consultées à distance par des professionnels de la santé», souligne le professeur Gosselin.
Autre avantage des timbres intelligents sur la pléthysmographie, ils produisent des données fiables même lorsque le patient est en mouvement. «Cette possibilité ouvre la porte à d'autres applications dans le domaine de la médecine, mais aussi dans celui du sport, avance le chercheur. Nous tentons maintenant d'intégrer sur ces timbres de nouvelles composantes pouvant mesurer des signes vitaux comme le rythme cardiaque, la température corporelle et la pression sanguine.»
Les auteurs de l'étude parue dans le IEEE Sensors Journal sont Tamer Elfaramawy, Cheikh Latyr Fall, Soodeh Arab et Benoit Gosselin, du Département de génie électrique et de génie informatique, François Lellouche, de la Faculté de médecine et du Centre de recherche de l'Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec, et Martin Morissette, directeur de la R et D chez OxyNov.
