Soutenance mémoire
Accompagner technologiquement le vieillissement de la population
Le vieillissement de la population va entrainer des modifications profondes de la société française en inversant la pyramide des âges avec des évolutions nécessaires de plusieurs secteurs comme le transport, la retraite, l’alimentation, le logement et notamment la santé avec la probabilité croissante en fonction de l’âge d’être affecté par des maladies comme les cancers, les démences, l’ostéoporose… Ces troubles rendent les personnes âgées de plus en plus dépendantes et incapables de vivre sans un accompagnement adapté et une surveillance permanente. Ces influences ont fait l’objet d’un nouveau projet de loi française pour en anticiper les différentes conséquences [3, 4].
Les personnes âgées fragiles sont plus susceptibles d’être dépendantes dans les différents actes de la vie courante, hospitalisées et affectées par des pathologies prolongées [5]. L’identification et le dépistage des personnes fragiles constituent une étape très importante qui permet la prévention et la lutte contre la dépendance sachant que la fragilité est un syndrome à caractère réversible [6]. Dans ce but, des outils ont été développés comme celui de Rockwood [7] qui est basé sur l’analyse du nombre des problèmes de santé liés à l’âge via 70 critères de maladies et problèmes médicaux dont l’accumulation permet de classer les patients en deux catégories : fragiles ou robustes. Une autre approche plus simple a été développée par Fried [8] pour distinguer trois groupes de personnes (robuste, pré-fragile et fragile) en se basant sur cinq critères : la perte de poids, la fatigue, la vitesse de marche, la force musculaire et la sédentarité.
La dépendance est l’incapacité partielle ou totale à effectuer les différentes tâches essentielles liées à la vie quotidienne ce qui implique l’intervention d’une personne tierce.
Les stades de la perte d’autonomie peuvent être classés en six groupes iso-ressources (GIR) en se basant sur les différentes données collectées via une grille AGGIR (Autonomie gérontologie-groupe iso-ressources) qui vise l’observation de plusieurs activités que la personne âgée doit effectuer sans aide comme la cuisine, le ménage, l’habillage, la toilette…
Le modèle économique de la construction massive d’instituts d’accueil n’étant plus possible, les pouvoirs publics développent des solutions de maintien à domicile où la technologie et la « révolution » des objets connectés et des robots compagnons sont envisagées comme approches contraintes par l’impératif de sécurité et de fiabilité face aux problèmes majeurs comme les chutes et les errances dans le cas des personnes souffrant de maladie cognitive.
Dans ce travail de thèse, nous allons proposer de développer un « tracking patch» connecté capable de prodiguer des services de surveillance de détection de chutes et de géolocalisation pour des personnes fragiles. Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet SACHA (Search And Computerize Human Acts ), projet labellisé par les pôles Aerospace Valley et Cancer-Bio-Santé ; financé par les régions Languedoc Roussillon Midi-Pyrénées et Aquitaine, la banque publique d’investissement (BPI) et le fonds européen de développement économique et régional (FEDER). Avec le LAASCNRS, ce projet réunit d’autres partenaires : SIGFOX, Telecom Design, Axible Technologies, E-santé et le centre hospitalier du val d’Ariège (CHIVA).
Nos travaux vont se focaliser sur la conception, le développement, l’intégration, la caractérisation du patch à porter entre les omoplates, région du corps quasi inaccessible à l’arrachement par le patient .
Background et solutions d’assistance à la surveillance des personnes âgées
Acceptabilité
La première étape dans le développement des différents moyens visant l’aide de personnes doit être construite sur la compréhension des besoins, attentes et craintes concernant la technologie en question. Certaines études ont été faites pour investiguer les avis et réactions des personnes âgées et leurs entourages vis-à-vis de l’utilisation des nouvelles technologies dans les différents domaines y compris la télésurveillance [13]. Ces travaux se basent sur leur implication via des questionnaires, des interviews ou bien la technique du focus groupe. Les résultats de ces analyses ne peuvent pas bien sûr être généralisés au niveau mondial vu les différentes caractéristiques culturelles, économiques et ethniques distinguant chaque pays. Cependant, elles permettent de donner un aperçu global de certaines attentes comme le souhait de garder un grand degré d’indépendance et le respect de la vie privée des personnes à surveiller. Dans ce contexte, Rialle et al. [14] présentent un exemple d’étude nommée ALICE (Alzheimer, Information, Communication and Ethics). Cette étude a été réalisée sur la région de Paris dans le but d’évaluer un panel de 14 technologies destinées à l’aide des personnes souffrant de la maladie d’Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l’analyse des différentes réponses collectées à travers 270 questionnaires.
Maisons intelligentes (Smart Homes)
Cette catégorie vise l’utilisation des systèmes qui peuvent être implémentés dans la maison du patient, dans les établissements d’hébergement ou bien les hôpitaux [19-21]. Les activités quotidiennes des personnes âgées se caractérisent par un caractère stable et immuable. Cette propriété peut être utilisée pour juger du bienêtre de ces personnes par la détection de tout changement dans leurs habitudes qui peut refléter la présence d’une anomalie ou un problème quelconque. Le suivi d’activités fait l’objet des maisons intelligentes et se base sur l’utilisation d’une combinaison de plusieurs types de capteurs permettant la classification et l’identification des différents comportements. Un simple exemple est l’utilisation des capteurs de force placés sous les quatre pieds du lit pour le suivi de la qualité du sommeil [22].
L’utilisation des caméras 2D, 3D ou même thermiques est l’une des solutions dans le cadre des Smart Homes. Parmi les algorithmes utilisés pour la détection des chutes, on peut distinguer ceux qui se basent sur le suivi du mouvement et la vitesse de la tête de la personne en question. Le choix de la tête s’explique par le fait qu’elle est plus visible et subit un large mouvement pendant la phase de chute [23, 24].
Un exemple de ces algorithmes est présenté dans l’article de Khawandi et al. [23], le principe repose sur l’extraction de l’arrière-plan des images, ceci afin de discerner les zones mobiles puis identifier et localiser la couleur caractéristique de la peau humaine, laquelle confère une signature de zones pouvant contenir la tête et/ou une main. Ces zones sont ensuite comparées à une ellipse de référence pour détecter la tête dont les caractéristiques comme le mouvement, la vitesse et la distance qui la sépare du caméra sont ensuite calculées et comparées à des seuils prédéfinis pour faciliter la détection des chutes et le déclenchement d’une alarme.
En complément de la détection des chutes, les caméras peuvent être également utilisées pour distinguer les différentes positions de la personne surveillée : debout, assise, allongée… par exemple Jansen et al. [25] proposent de déterminer la position du corps à l’aide de la hauteur du centre de la silhouette : 35 cm<z<70 cm permet de discerner une personne assise, d’une personne en position allongée z<35 cm,… Certes, l’utilisation des caméras permet d’aider à surveiller les personnes âgées mais elle pose des problèmes éthiques. Usuellement, elles sont peu acceptées et sont perçues comme des systèmes ne respectant pas la vie privée. En complément des caméras, des projets de recherche s’appuient sur le concept des réseaux des capteurs implémentés dans les domiciles des personnes âgées. Un exemple est cité dans [26] dans lequel Suryadevara et al. décrivent un système de suivi d’activités basé sur un ensemble de capteurs formé par des unités détectant l’utilisation des appareils électroménagers, des capteurs de force pour le lit, fauteuil …ainsi que des capteurs de contact pour le réfrigérateur par exemple. Les différents capteurs sont munis des modules Zigbee pour assurer la communication et permettent la prédiction de certaines activités ainsi que la détection des changements d’habitudes.
Une autre approche est présentée dans [27], en plus des capteurs implémentés dans la maison, Chiriac et al. utilisent la technologie des capteurs communicants pour identifier les activités des personnes surveillées.
Systèmes portés au contact du patient
Ce sont des dispositifs développés dans le but d’être portés en permanence par les personnes âgées, ils se déclinent sous différentes formes : bracelets, téléphones, médaillons, montres, … Ces systèmes permettent d’assurer le suivi des différents paramètres actimétriques et physiologiques quel que soit l’emplacement des personnes qui les portent. Cette portabilité met en jeu plusieurs facteurs à respecter dans la conception : la taille, la masse, la forme, l’autonomie, la simplicité, l’efficacité, … Selon la méthode de traitement des informations collectées, ces dispositifs peuvent être répartis en trois catégories [28] :
❖ Dispositifs capables de faire un traitement local des données collectées.
❖ Enregistreurs de données (Data logger).
❖ Systèmes pouvant faire le transfert des informations issues des capteurs.
Systèmes de traitement de données
La première catégorie se caractérise par la présence d’une unité de calcul et de traitement de données basée sur une architecture matérielle intégrée (microcontrôleurs, FPGA, FPAA, …) qui permettent de récupérer les informations issues des capteurs et de les analyser dans le but d’identifier des cas d’anomalie potentiellement dangereux pour les personnes âgées et fragiles. A titre d’exemple, Bugtai et al. [29] présentent un dispositif portable pour la surveillance de l’activité cardiaque. Il est basé sur l’utilisation d’un microcontrôleur de type « Zilog Z8 Encore » pour le traitement des données et la communication avec un afficheur LCD pour la visualisation des différentes informations. En plus de la fréquence cardiaque et l’électrocardiographie, ce système permet aussi de mesurer la température. De plus il est muni d’une alarme sonore pour prévenir le porteur en cas d’anomalie.
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Table des matières
Introduction générale
CHAPITRE 1 : Surveillance des personnes âgées et dépendantes : problématique et solutions proposées
1.1.Accompagner technologiquement le vieillissement de la population
1.2.Background et solutions d’assistance à la surveillance des personnes âgées
1.2.1.Acceptabilité
1.2.2.Maisons intelligentes (Smart Homes)
1.2.3.Systèmes portés au contact du patient
1.2.3.1.Systèmes de traitement de données
1.2.3.2.Enregistreurs de données (Data Loggers)
1.2.3.3.Systèmes avec transfert de données
1.2.4.Textiles intelligents
1.2.5.Patchs électroniques
1.2.6.Systèmes in vivo
1.2.6.1.Systèmes implantables
1.2.6.2.Systèmes à ingérer
1.3.La localisation
1.4.Solutions d’infrastructures et de services de surveillance des personnes âgées
1.5.Produits commercialisés en France
1.6.Notre contribution sur le domaine : un patch actif intelligent
Bibliographie du chapitre 1
CHAPITRE 2 : Modélisation et intégration des antennes pour la transmission de données et géolocalisation
2.1.Introduction
2.2.Géolocalisation en bande ISM
2.2.1.TOA (Time Of Arrival)
2.2.2.TDOA (Time Difference Of Arrival)
2.2.3.AOA (Angle Of Arrival)
2.2.4.Finger printing
2.2.5.Cell-ID
2.2.6.Application au projet
2.3.Architecture fonctionnelle du patch et contraintes sur les antennes
2.3.1.Les paramètres d’une antenne
2.3.2.Types et formes d’une antenne imprimée IFA
2.3.3.Miniaturisation des antennes IFA
2.3.4.Guide d’onde coplanaire
2.4.Conception et optimisation d’une antenne ISM 868 MHz pour le patch
2.5.Conception d’une antenne PIFA pour la fonction GPS du patch
2.6.Conclusion
Bibliographie du chapitre 2
CHAPITRE 3 : Etude et intégration d’une solution de recharge sans fil
3.1.Introduction
3.2.Alimentation du tracking patch
3.3.Transmission sans fil d’énergie électrique
3.3.1.La technologie DHC
3.3.2.Le standard Qi pour la recharge sans fil
3.4.Développement d’une bobine pour la recharge sans fil du tracking patch
3.5.Test de la recharge sans fil
3.6.Vérification des propriétés des antennes RF suite à l’ajout de la fonction recharge sans fil
3.7.Conclusion
Bibliographie du chapitre 3
CHAPITRE 4 : Process technologique d’intégration sur substrat souple de la bobine de recharge sans fil
4.1.Introduction
4.2.Modélisation analytique d’une bobine imprimée
4.3.Dimensionnement et simulation d’une bobine imprimée pour la recharge sans fil
4.4.Réalisation des bobines imprimées en salle blanche
4.4.1.Photolithographie
4.4.2.Electrodéposition
4.4.3.Evaporation sous vide
4.4.4.Gravure chimique
4.4.5.Présentation du jeu de masques
4.4.6.Premier procédé de fabrication et résultats
4.4.7.Second procédé de fabrication et choix technologiques
4.4.8.Troisième procédé de fabrication
Conclusion générale
