Comme c'était la fin de mon premier quart de siècle il n'y a pas si longtemps, je me suis dit qu'écrire un bel article pour vous, ça pourrait bien commencer mon deuxième quart de siècle ! Donc c'est parti !

Tout d'abord, une courte explication sur le format de ce post : quand j'ai commencé à l'écrire, il était très (très) long. Et comme je ne veux pas trop vous ennuyer, je vais donc découper l'explication de ce projet en plusieurs billets (2 ou 3 maximum). Ainsi, dans ce premier post, nous allons parler du contexte du projet, et de ses objectifs. Dans le deuxième post, nous parlerons plus technique : l'architecture du projet etc. Enfin, si je n'ai pas la place de tout mettre dans le deuxième article, je parlerai dans un troisième et dernier post de l'état actuel du projet, de l'endroit où vous pouvez récupérer les sources et contribuer (car oui, il est libre et disponible !).

Ci-après, les liens vers les différents billets qui composent ce "live-projet" en 2 ou 3 épisodes. Je mettrai cette liste à jour au fur et à mesure, évidemment :

  1. Le maintien à domicile : exemple de mini-projet #1

Aujourd'hui, on va parler d'un projet réalisé cette année dans mon école (<acronym title='École Supérieure d'Ingénieurs de Rennes'>l'ESIR, pour ceux qui l'ignorent encore) et que j'ai beaucoup apprécié. Il porte sur le maintien à domicile, et plus particulièrement la mise en place d'outils de télémonitoring de signaux physiologiques ou environnementaux.

Le maintien à domicile pour les nuls

La définition simplifiée

Impossible de vous parler du projet sans vous expliquer un peu ce qu'on entend par "maintien à domicile". C'est un domaine très large, mais pour prendre l'exemple le plus simple : cela consiste à faire en sorte qu'une personne puisse continuer à vivre chez elle malgré ses problèmes (notamment la dépendance). On pense ici principalement aux personnes âgées, qui préfèrent rester chez elles plutôt que d'aller dans les maisons de retraite ou des EHPAD.

Les personnes âgées et leurs problèmes

Ces personnes âgées peuvent être plus ou moins dépendantes d'une aide extérieure (humaine ou technologique) pour se laver par exemple ou pour réaliser certaines tâches de la maison. Outre cette dépendance plus ou moins prononcée, des problèmes de santé peuvent aussi faire leur apparition. Ils peuvent être, d'une part, des problèmes médicaux à proprement parler : comme un diabète, la maladie d'alzheimer, la maladie de parkinson ou d'autres encore ; et d'autre part, des troubles liés à l'âge et qui ne sont pas en soi des maladies, mais simplement la suite normale d'une longue vie.

Dans ce dernier cas, on pense notamment aux chutes. Les personnes âgées peuvent choir et ces chutes ont des conséquences souvent plus importantes que pour un jeune de 20 ans : fracture du col du fémur (très classique, 1 chute sur 3 entrainant une fracture donne une fracture du col du fémur), hématomes importants, etc. Il est donc important d'avoir l'ensemble de ces facteurs en tête quand on parle de maintien à domicile.

En effet, si ces personnes présentent de tels problèmes, comment peut-on les laisser vivre seules chez elles, sans personne (ou presque) pour les surveiller et les aider en cas de problème ? C'est là l'objectif principal du maintien à domicile. Et la solution vient (entre autre) de la technologie (XXIème siècle quand tu nous tiens !).

La technologie à la rescousse du maintien à domicile

Avec les technologies actuelles et un agencement intelligent de leur domicile, on peut surveiller à distance ces risques pendant que la personne continue de vivre sa vie, chez elle, dans le lieu de vie qu'elle affectionne.

Comme le montre le schéma ci-après, il est maintenant possible pour la personne de vivre "normalement" chez elle et d'avoir l'équipe soignante (avec les médecins entre autres) qui peuvent suivre son état à distance.

Schéma simplifié du télémonitoring

C'est un domaine très complet et en pleine expansion en France, encouragé par l'État, mélangeant des corps de métiers très divers. Nous y trouvons les domoticiens, qui vont rendre la maison plus intelligente avec l'aide des architectes et des métiers du bâtiment. Les domoticiens pourront mettre en place des lumières qui s'allument et s'éteignent en fonction de la présence ou non de la personne dans la pièce ; mais aussi de centraliser les commandes de la maison (ouvrir les volets, allumer la télé, lancer l'alarme, etc.) au sein d'une tablette par exemple. La domotique (ie rendre l'habitat intelligent) permet de solutionner une partie des problèmes des personnes âgées. Toutefois, il reste les problèmes de santé.

C'est là que l'ingénieur biomédical intervient. Il est dorénavant assez simple de mettre en place des appareils pour surveiller des paramètres physiologiques d'une personne (sa fréquence cardiaque, sa température, sa glycémie, par exemple), et qui peuvent être portés directement par le patient, de manière plus ou moins discrète. Si si, le fashion commence à faire son apparition dans les appareils utilisés !

Alliées à la domotique, ces technologies peuvent transmettre de manière automatique les informations médicales recueillies à l'équipe soignante attachée à la personne âgée (son médecin traitant par exemple). Mais on peut aussi imaginer ces appareils détecter un problème (une chute avec un détecteur approprié) et envoyer une alerte automatiquement à la famille et à un service médical d'urgence.

Maintenant que vous en savez un peu plus sur le maintien à domicile, à quoi ça sert et que vous avez quelques exemples en tête de son application, on va pouvoir parler du projet.

Le projet DMIT

Tout d'abord, ne voyez rien de plus dans le nom du projet que le nom de la matière correspondante dans mon école. Notre projet n'a pas de nom swag. Donc désolé si ça ne fait pas très vendeur...

Ce projet a duré 2 mois, à raison de 4h par semaine environ (quelques pointes à 8h/semaine de temps en temps) et a vu 12 étudiants travailler (oui oui, "étudiants" et "travailler" dans la même phrase, vous ne rêvez pas !). Ces étudiants venaient de trois formations distinctes : 2 étudiants en domotique, les 10 autres en ingénierie biomédicale. Dans ce dernier groupe, 3 étudiants venaient de l'Université Polytechnique de Barcelone en tant qu'Erasmus, les 7 autres (oui, je suis dedans) étudiaient à l'ESIR.

Les objectifs du projet

L'objectif principal du projet était de mettre en place un système de monitoring de quelques paramètres physiologiques et environnementaux et, en fonction des valeurs obtenues, de lancer des alertes à destination du personnel soignant ou bien d'effectuer des actions dans la maison.

Les deux scénarios de base que le projet devait réaliser a minima étaient la détection d'une chute et la détection de problèmes cardiaques (facilement repérables via la fréquence cardiaque). Le cas écheant, envoyer une alerte aux personnels soignants et effectuer des actions dans la maison de manière automatique.

Nous devions aussi permettre à des équipes médicales d'avoir une vue globale de ces données, à l'aide de graphique et autres statistiques. Par exemple, un graphique montrant l'évolution de la fréquence cardiaque du patient au cours de la journée, ou bien une liste recensant toutes les chutes ou mouvements trop brusques. L'équipe soignante peut accéder à ces informations à distance, depuis un site Internet.

Regardons maintenant ces paramètres d'un peu plus près, et surtout, les capteurs utilisés.

Les paramètres

Les paramètres à surveiller étaient les suivants :

  • La fréquence cardiaque instantanée, à l'aide d'une ceinture portée par le patient ;
  • Les mouvements du patient pour détecter les chutes, via un SensorTag (doté d'un accéléromètre et d'un gyroscope, mais nous en parlerons juste après) ;
  • La température de l'environnement autour du patient.

Les capteurs utilisés

Ces différents signaux sont monitorés par un ensemble de capteurs. Nous en avons utilisé deux :

  • une ceinture attachée à la taille du patient pour la fréquence cardiaque ;
  • un SensorTag de chez Texas Instrument pour la température et les mouvements.

La ceinture

On trouve maintenant facilement dans le commerce des ceintures - que vous mettez autour de votre taille évidemment - qui peuvent capter votre fréquence cardiaque instantanée, c'est-à-dire à combien de battements par minute bat votre coeur à un instant donné.

Exemple de ceinture

Cette ceinture communique par un protocole sans-fil (mais pas du WiFi, ni du Bluetooth). On n'a donc pas de fils qui pendouillent quand on la porte, et on n'a donc pas non plus besoin de brancher la ceinture à un ordinateur via un câble pour récupérer les informations. Ces dernières sont envoyées à un récepteur en mode sans-fil. Pratique non ?

Le SensorTag : petit mais costaud !

Je vais détailler un peu plus le SensorTag, car il mérite que l'on s'y attarde. Le SensorTag est un petit appareil, comprenant un ensemble de capteurs. Niveau taille, ça ressemble à un gros porte-clef : c'est donc assez petit, et ça se glisse donc facilement dans une poche ou bien en pendentif autour du cou.

Image du SensorTag

Ce petit condensé d'électronique possède de nombreux avantages (et non, je ne suis pas payé par Texas Instruments). Tout d'abord, il possède de très nombreux capteurs au sein de son petit volume :

  • 2 capteurs de température (un ambient, et un infra-rouge pour capter la température d'une cible) ;
  • 2 boutons poussoirs ;
  • un capteur d'humidité ;
  • un capteur de pression ;
  • un accéléromètre ;
  • un gyroscope ;
  • un magnétomètre.

L'idée avec ce SensorTag est donc de le faire porter aux personnes, soit en pendentif, soit dans leur poche. On peut ainsi surveiller différents signaux, voire détecter des chutes de manière simple et en temps réel. Enfin, les deux boutons poussoirs permettent à la personne de déclencher des actions en cas de besoin. On peut imaginer la personne appuyer sur le bouton "appel médecin" en cas d'urgence.

Enfin, ses deux derniers avantages (et non les moindres) : il ne coûte "que" 25$ et il utilise la dernière version de la norme Bluetooth. Il s'agit du Bluetooth 4.0, dit "Low Energy" (alias BLE pour les intimes et dans la suite de cet article).

Le Bluetooth Low Energy

Le BLE est très récent : il est sorti il y a moins d'un an. Il est très intéressant dans les dispositifs médicaux car il permet une transmission sans fil des données entre divers appareils (capteurs, ordinateurs, smartphones etc.) avec un rayon d'action assez large et un débit correct (cf. tableau ci-après). Mais son vrai point fort est l'autonomie. Le BLE nécessite très très peu d'énergie pour fonctionner : on augmente donc la longévité des dispositifs et c'est très recherché dans le domaine biomédical. En effet, prenons le cas d'un dispositif implantable (que l'on mettrait sous la peau par exemple), le temps nécessaire avant de le remplacer serait beaucoup plus long !

Voici un tableau comparant ses caractéristiques avec celui du Bluetooth "classique". C'est en Anglais, désolé pour les non-anglophones. Au passage, vous admirerez mes talents sous Paint.

Comparatif du Bluetooth LE et du Bluetooth classique

Comme vous pouvez le constater, la distance de fonctionnement est réduite de moitié (50 mètres plutôt que 100m) mais le débit reste dans la même fourchette, aux alentours de 1 Mbits/s.

[EDIT du 30/03/2014 :] un collègue m'a fait remarquer que la ligne la plus intéressante est en fait la troisième ligne du tableau ci-dessus. Cette ligne représente la bande passante "utile", utilisée pour faire passer les informations relatives aux applications. Et on peut voir que seulement 1/3 de la bande passante sur le BLE est allouée aux données importantes. Ce qui est finalement assez peu niveau débit.
[/EDIT]

En revanche, la consommation d'énergie est divisée par 10 et la consommation d'énergie durant une forte charge est divisée par 2 ! Imaginez la durée de vie gagnée !

Logo Bluetooth 4.0

Conclusion de cette partie #1

Vous en savez maintenant un peu plus sur le maintien à domicile, pourquoi on le fait, et pourquoi c'est important. Vous comprenez aussi pourquoi, à cause du vieillissement de la population, c'est un secteur qui voit ses besoins grandir.

C'est pour répondre à ces deux besoins, qui sont la limite du nombre de place dans les établissements spécialisées (maisons de retraites, EHPAD) et le fait que les personnes préfèrent continuer de vivre chez elle, que ce projet existe.

Comme il s'agit d'un petit projet étudiant, il n'est que peu développé : nous n'utilisons qu'un petit nombre de capteurs et il n'est pas voué à être utilisé en vrai (du moins pas à court terme). Cependant, ce projet s'améliore d'année en année, chaque promotion rajoutant sa brique par-dessus la promotion précédente.

Vous avez déjà assez lu pour aujourd'hui, donc dans le prochain billet nous parlerons plutôt de l'architecture du projet, la mise en place des différents éléments qui le composent et de certains choix technologiques (Nodejs à la rescousse !). Ca sera un peu plus technique, mais je vais essayer de ne perdre personne, promis !


Sources et informations supplémentaires