Etude et mise en œuvre d’un système communicant sans fil et sans radio pour la mesure de paramètres physiologiques des nouveau-nés

Discipline

Sciences et ingénierie pour l'information

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Communication optique sans fil, Télésurveillance, Electrocardiogramme, Indice de qualité du signal, Variabilité de la fréquence cardiaque, Mobilité

Mots-clés

Télésurveillance des dispositifs médicaux,

Télécommunications optiques,

Électrocardiographie ambulatoire,

Maladies cardiovasculaires -- Diagnostic

La fragilité du système immunitaire chez les personnes âgées, les nouveau-nés et les prématurés augmente leur susceptibilité aux maladies cardiovasculaires et à l’insuffisance cardiaque. En effet, les symptômes des pathologies cardiaques peuvent être très inhabituels et sporadiques chez cette population. Cela nécessite donc un suivi continu de l’activité cardiaque par l’électrocardiogramme (ECG) qui permet une détection précoce des anomalies. Classiquement, les systèmes ECG sont filaires limitant le suivi continu et le confort des patients. Grace à la technologie, des systèmes ECG portables et sans fil ont été également développés en se basant principalement sur des technologies radio fréquences (RF) efficaces, ce qui permet à ces utilisateurs d’être suivis régulièrement. Cependant, les exigences de sécurité et de confidentialité, la génération d'interférences, les effets néfastes potentiels sur la santé des patients, la congestion du spectre ainsi que l'efficacité énergétique sont des défis pour le déploiement massif des technologies RF dans les scénarios de la santé. Plutôt que se plier aux limitations des systèmes RF, cette thèse se penche sur une solution alternative basée sur les technologies de l’optique sans fil qui permettent des communications sécurisées et écoresponsables. Cette solution consiste en un système de surveillance utilisant une liaison infrarouge entre un émetteur intégrée dans un capteur ECG placé sur le corps de l’utilisateur et des récepteurs placés au plafond de l’environnement. Afin d’étudier les trois contextes de surveillance, le canal optique correspondant a été simulé à l’aide d’une technique de lancer des rayons, associée à la méthode numérique de Monte-Carlo. En tenant compte des spécificités liées au scénario de surveillance, à la population (âge et mobilité) et à l’environnement modélisé (matériau transparent des incubateurs des prématurés), le gain statique caractérisant le canal est ainsi obtenu. Ce gain a été utilisé dans une chaine développée pour simuler la transmission de l’ECG dans chaque contexte. La fiabilité du système de télésurveillance proposé est ainsi conditionnée par la qualité de l’ECG transmis qui a été évaluée au niveau applicatif à l’aide de la méthode des indices de qualité du signal (SQIs). Les SQIs consistent à extraire les caractéristiques spectrales et statistiques de l'ECG. De plus, vu son utilité dans le suivi du développement des prématurés, la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) a été également analysée par le calcul des paramètres temporels qui caractérisent les intervalles RR. L’objectif principal consiste à évaluer l'impact des performances de transmission optique sur les indices de qualité SQIs. À cette fin, une approche d’analyse générale a été mise en œuvre pour étudier conjointement l’évolution des (SQIs) et des paramètres temporels de la (VFC) au niveau applicatif en fonction des métriques classiques au niveau physique, à savoir (SNR) et (TEB). Les résultats de cette recherche ont montré le potentiel de l’utilisation de l’optique sans fil dans de tels contextes médicaux pour proposer une solution fiable et économe en énergie. En effet, dans les trois cas d’étude, des signaux ECG de qualité suffisante pour des diagnostics fiables ont été obtenus à des niveaux de puissance optique émise modérés, ce qui est important pour un système de télésurveillance médicale portable.