Accompagner technologiquement le vieillissement de la populationย
Le vieillissement de la population va entrainer des modifications profondes de la sociรฉtรฉ franรงaise en inversant la pyramide des รขgesย avec des รฉvolutions nรฉcessaires de plusieurs secteurs comme le transport, la retraite, lโalimentation, le logement et notamment la santรฉ avec la probabilitรฉ croissante en fonction de lโรขge dโรชtre affectรฉ par des maladies comme les cancers, les dรฉmences, lโostรฉoporoseโฆ Ces troubles rendent les personnes รขgรฉes de plus en plus dรฉpendantes et incapables de vivre sans un accompagnement adaptรฉ et une surveillance permanente. Ces influences ont fait lโobjet dโun nouveau projet de loi franรงaise pour en anticiper les diffรฉrentes consรฉquences [3, 4].
Les personnes รขgรฉes fragiles sont plus susceptibles dโรชtre dรฉpendantes dans les diffรฉrents actes de la vie courante, hospitalisรฉes et affectรฉes par des pathologies prolongรฉes [5]. Lโidentification et le dรฉpistage des personnes fragiles constituent une รฉtape trรจs importante qui permet la prรฉvention et la lutte contre la dรฉpendance sachant que la fragilitรฉ est un syndrome ร caractรจre rรฉversible [6]. Dans ce but, des outils ont รฉtรฉ dรฉveloppรฉs comme celui de Rockwood [7] qui est basรฉ sur lโanalyse du nombre des problรจmes de santรฉ liรฉs ร lโรขge via 70 critรจres de maladies et problรจmes mรฉdicaux dont lโaccumulation permet de classer les patients en deux catรฉgories : fragiles ou robustes. Une autre approche plus simple a รฉtรฉ dรฉveloppรฉe par Fried [8] pour distinguer trois groupes de personnes (robuste, prรฉ-fragile et fragile) en se basant sur cinq critรจres : la perte de poids, la fatigue, la vitesse de marche, la force musculaire et la sรฉdentaritรฉ.
La dรฉpendance est lโincapacitรฉ partielle ou totale ร effectuer les diffรฉrentes tรขches essentielles liรฉes ร la vie quotidienne ce qui implique lโintervention dโune personne tierce.
Les stades de la perte dโautonomie peuvent รชtre classรฉs en six groupes iso-ressources (GIR) en se basant sur les diffรฉrentes donnรฉes collectรฉes via une grille AGGIR (Autonomie gรฉrontologie-groupe iso-ressources) qui vise lโobservation de plusieurs activitรฉs que la personne รขgรฉe doit effectuer sans aide comme la cuisine, le mรฉnage, lโhabillage, la toiletteโฆ
Le modรจle รฉconomique de la construction massive dโinstituts dโaccueil nโรฉtant plus possible, les pouvoirs publics dรฉveloppent des solutions de maintien ร domicile oรน la technologie et la ยซ rรฉvolution ยป des objets connectรฉs et des robots compagnons sont envisagรฉes comme approches contraintes par lโimpรฉratif de sรฉcuritรฉ et de fiabilitรฉ face aux problรจmes majeurs comme les chutes et les errances dans le cas des personnes souffrant de maladie cognitive.
Dans ce travail de thรจse, nous allons proposer de dรฉvelopper un ยซ tracking patchยป connectรฉ capable de prodiguer des services de surveillance de dรฉtection de chutes et de gรฉolocalisation pour des personnes fragiles. Ce travail sโinscrit dans le cadre du projet SACHA (Search And Computerize Human Acts ), projet labellisรฉ par les pรดles Aerospace Valley et Cancer-Bio-Santรฉ ; financรฉ par les rรฉgions Languedoc Roussillon Midi-Pyrรฉnรฉes et Aquitaine, la banque publique dโinvestissement (BPI) et le fonds europรฉen de dรฉveloppement รฉconomique et rรฉgional (FEDER). Avec le LAASCNRS, ce projet rรฉunit dโautres partenaires : SIGFOX, Telecom Design, Axible Technologies, E-santรฉ et le centre hospitalier du val dโAriรจge (CHIVA).
Nos travaux vont se focaliser sur la conception, le dรฉveloppement, lโintรฉgration, la caractรฉrisation du patch ร porter entre les omoplates, rรฉgion du corps quasi inaccessible ร lโarrachement par le patient .
Background et solutions dโassistance ร la surveillance des personnes รขgรฉes
Acceptabilitรฉ
La premiรจre รฉtape dans le dรฉveloppement des diffรฉrents moyens visant lโaide de personnes doit รชtre construite sur la comprรฉhension des besoins, attentes et craintes concernant la technologie en question. Certaines รฉtudes ont รฉtรฉ faites pour investiguer les avis et rรฉactions des personnes รขgรฉes et leurs entourages vis-ร -vis de lโutilisation des nouvelles technologies dans les diffรฉrents domaines y compris la tรฉlรฉsurveillance [13]. Ces travaux se basent sur leur implication via des questionnaires, des interviews ou bien la technique du focus groupe. Les rรฉsultats de ces analyses ne peuvent pas bien sรปr รชtre gรฉnรฉralisรฉs au niveau mondial vu les diffรฉrentes caractรฉristiques culturelles, รฉconomiques et ethniques distinguant chaque pays. Cependant, elles permettent de donner un aperรงu global de certaines attentes comme le souhait de garder un grand degrรฉ dโindรฉpendance et le respect de la vie privรฉe des personnes ร surveiller. Dans ce contexte, Rialle et al. [14] prรฉsentent un exemple dโรฉtude nommรฉe ALICE (Alzheimer, Information, Communication and Ethics). Cette รฉtude a รฉtรฉ rรฉalisรฉe sur la rรฉgion de Paris dans le but dโรฉvaluer un panel de 14 technologies destinรฉes ร lโaide des personnes souffrant de la maladie dโAlzheimer. Cette รฉtude sโest basรฉe sur lโanalyse des diffรฉrentes rรฉponses collectรฉes ร travers 270 questionnaires.
Maisons intelligentes (Smart Homes)ย
Cette catรฉgorie vise lโutilisation des systรจmes qui peuvent รชtre implรฉmentรฉs dans la maison du patient, dans les รฉtablissements dโhรฉbergement ou bien les hรดpitaux [19-21]. Les activitรฉs quotidiennes des personnes รขgรฉes se caractรฉrisent par un caractรจre stable et immuable. Cette propriรฉtรฉ peut รชtre utilisรฉe pour juger du bienรชtre de ces personnes par la dรฉtection de tout changement dans leurs habitudes qui peut reflรฉter la prรฉsence dโune anomalie ou un problรจme quelconque. Le suivi dโactivitรฉs fait lโobjet des maisons intelligentes et se base sur lโutilisation dโune combinaison de plusieurs types de capteurs permettant la classification et lโidentification des diffรฉrents comportements. Un simple exemple est lโutilisation des capteurs de force placรฉs sous les quatre pieds du lit pour le suivi de la qualitรฉ du sommeil [22].
Lโutilisation des camรฉras 2D, 3D ou mรชme thermiques est lโune des solutions dans le cadre des Smart Homes. Parmi les algorithmes utilisรฉs pour la dรฉtection des chutes, on peut distinguer ceux qui se basent sur le suivi du mouvement et la vitesse de la tรชte de la personne en question. Le choix de la tรชte sโexplique par le fait quโelle est plus visible et subit un large mouvement pendant la phase de chute [23, 24].
Un exemple de ces algorithmes est prรฉsentรฉ dans lโarticle de Khawandi et al. [23], le principe repose sur lโextraction de lโarriรจre-plan des images, ceci afin de discerner les zones mobiles puis identifier et localiser la couleur caractรฉristique de la peau humaine, laquelle confรจre une signature de zones pouvant contenir la tรชte et/ou une main. Ces zones sont ensuite comparรฉes ร une ellipse de rรฉfรฉrence pour dรฉtecter la tรชte dont les caractรฉristiques comme le mouvement, la vitesse et la distance qui la sรฉpare du camรฉra sont ensuite calculรฉes et comparรฉes ร des seuils prรฉdรฉfinis pour faciliter la dรฉtection des chutes et le dรฉclenchement dโune alarme.
En complรฉment de la dรฉtection des chutes, les camรฉras peuvent รชtre รฉgalement utilisรฉes pour distinguer les diffรฉrentes positions de la personne surveillรฉe : debout, assise, allongรฉeโฆ par exemple Jansen et al. [25] proposent de dรฉterminer la position du corps ร lโaide de la hauteur du centre de la silhouette : 35 cm<z<70 cm permet de discerner une personne assise, dโune personne en position allongรฉe z<35 cm,โฆ Certes, lโutilisation des camรฉras permet dโaider ร surveiller les personnes รขgรฉes mais elle pose des problรจmes รฉthiques. Usuellement, elles sont peu acceptรฉes et sont perรงues comme des systรจmes ne respectant pas la vie privรฉe. En complรฉment des camรฉras, des projets de recherche sโappuient sur le concept des rรฉseaux des capteurs implรฉmentรฉs dansย les domiciles des personnes รขgรฉes. Un exemple est citรฉ dans [26] dans lequel Suryadevara et al. dรฉcrivent un systรจme de suivi dโactivitรฉs basรฉ sur un ensemble de capteurs formรฉ par des unitรฉs dรฉtectant lโutilisation des appareils รฉlectromรฉnagers, des capteurs de force pour le lit, fauteuil โฆainsi que des capteurs de contact pour le rรฉfrigรฉrateur par exemple. Les diffรฉrents capteurs sont munis des modules Zigbee pour assurer la communication et permettent la prรฉdiction de certaines activitรฉs ainsi que la dรฉtection des changements dโhabitudes.
Une autre approche est prรฉsentรฉe dans [27], en plus des capteurs implรฉmentรฉs dans la maison, Chiriac et al. utilisent la technologie des capteurs communicants pour identifier les activitรฉs des personnes surveillรฉes.
Systรจmes portรฉs au contact du patientย
Ce sont des dispositifs dรฉveloppรฉs dans le but dโรชtre portรฉs en permanence par les personnes รขgรฉes, ils se dรฉclinent sous diffรฉrentes formes : bracelets, tรฉlรฉphones, mรฉdaillons, montres, โฆ Ces systรจmes permettent dโassurer le suivi des diffรฉrents paramรจtres actimรฉtriques et physiologiques quel que soit lโemplacement des personnes qui les portent. Cette portabilitรฉ met en jeu plusieurs facteurs ร respecter dans la conception : la taille, la masse, la forme, lโautonomie, la simplicitรฉ, lโefficacitรฉ, โฆ Selon la mรฉthode de traitement des informations collectรฉes, ces dispositifs peuvent รชtre rรฉpartis en trois catรฉgories [28] :
โย Dispositifs capables de faire un traitement local des donnรฉes collectรฉes.
โย Enregistreurs de donnรฉes (Data logger).
โย Systรจmes pouvant faire le transfert des informations issues des capteurs.
Systรจmes de traitement de donnรฉes
La premiรจre catรฉgorie se caractรฉrise par la prรฉsence dโune unitรฉ de calcul et de traitement de donnรฉes basรฉe sur une architecture matรฉrielle intรฉgrรฉe (microcontrรดleurs, FPGA, FPAA, โฆ) qui permettent de rรฉcupรฉrer les informations issues des capteurs et de les analyser dans le but dโidentifier des cas dโanomalie potentiellement dangereux pour les personnes รขgรฉes et fragiles. A titre dโexemple, Bugtai et al. [29] prรฉsentent un dispositif portable pour la surveillance de lโactivitรฉ cardiaque. Il est basรฉ sur lโutilisation dโun microcontrรดleur de type ยซ Zilog Z8 Encore ยป pour le traitement des donnรฉes et la communication avec un afficheur LCD pour la visualisation des diffรฉrentes informations. En plus de la frรฉquence cardiaque et lโรฉlectrocardiographie, ce systรจme permet aussi de mesurer la tempรฉrature. De plus il est muni dโune alarme sonore pour prรฉvenir le porteur en cas dโanomalie.
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Table des matiรจres
Introduction gรฉnรฉrale
CHAPITRE 1 : Surveillance des personnes รขgรฉes et dรฉpendantes : problรฉmatique et solutions proposรฉes
1.1.Accompagner technologiquement le vieillissement de la population
1.2.Background et solutions dโassistance ร la surveillance des personnes รขgรฉes
1.2.1.Acceptabilitรฉ
1.2.2.Maisons intelligentes (Smart Homes)
1.2.3.Systรจmes portรฉs au contact du patient
1.2.3.1.Systรจmes de traitement de donnรฉes
1.2.3.2.Enregistreurs de donnรฉes (Data Loggers)
1.2.3.3.Systรจmes avec transfert de donnรฉes
1.2.4.Textiles intelligents
1.2.5.Patchs รฉlectroniques
1.2.6.Systรจmes in vivo
1.2.6.1.Systรจmes implantables
1.2.6.2.Systรจmes ร ingรฉrer
1.3.La localisation
1.4.Solutions dโinfrastructures et de services de surveillance des personnes รขgรฉes
1.5.Produits commercialisรฉs en France
1.6.Notre contribution sur le domaine : un patch actif intelligent
Bibliographie du chapitre 1
CHAPITRE 2 : Modรฉlisation et intรฉgration des antennes pour la transmission de donnรฉes et gรฉolocalisation
2.1.Introduction
2.2.Gรฉolocalisation 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 paramรจtres dโune antenne
2.3.2.Types et formes dโune antenne imprimรฉe IFA
2.3.3.Miniaturisation des antennes IFA
2.3.4.Guide dโonde coplanaire
2.4.Conception et optimisation dโune antenne ISM 868 MHz pour le patch
2.5.Conception dโune antenne PIFA pour la fonction GPS du patch
2.6.Conclusion
Bibliographie du chapitre 2
CHAPITRE 3 : Etude et intรฉgration dโune solution de recharge sans fil
3.1.Introduction
3.2.Alimentation du tracking patch
3.3.Transmission sans fil dโรฉnergie รฉlectrique
3.3.1.La technologie DHC
3.3.2.Le standard Qi pour la recharge sans fil
3.4.Dรฉveloppement dโune bobine pour la recharge sans fil du tracking patch
3.5.Test de la recharge sans fil
3.6.Vรฉrification des propriรฉtรฉs des antennes RF suite ร lโajout de la fonction recharge sans fil
3.7.Conclusion
Bibliographie du chapitre 3
CHAPITRE 4 : Process technologique dโintรฉgration sur substrat souple de la bobine de recharge sans fil
4.1.Introduction
4.2.Modรฉlisation analytique dโune bobine imprimรฉe
4.3.Dimensionnement et simulation dโune bobine imprimรฉe pour la recharge sans fil
4.4.Rรฉalisation des bobines imprimรฉes en salle blanche
4.4.1.Photolithographie
4.4.2.Electrodรฉposition
4.4.3.Evaporation sous vide
4.4.4.Gravure chimique
4.4.5.Prรฉsentation du jeu de masques
4.4.6.Premier procรฉdรฉ de fabrication et rรฉsultats
4.4.7.Second procรฉdรฉ de fabrication et choix technologiques
4.4.8.Troisiรจme procรฉdรฉ de fabrication
Conclusion gรฉnรฉrale