Brevet FR3020755A1 — publié le 20151113

L'invention concerne un dispositif de détermination de l'état d'activité physique d'un patient sous oxygénothérapie. De nombreux dispositifs connus permettent de réaliser une étude et une mesure de l'activité physique des personnes. L'utilisation d'accéléromètres dans ce type de dispositifs est assez répandue car les accéléromètres ont l'avantage d'être portables et sont généralement considérés comme assez précis et fiables. La grande variété des mouvements humains et des activités physiques des personnes fait que la capacité à différentier finement diverses activités est conditionnée à l'utilisation de plusieurs accéléromètres par personne, c'est-à-dire une multiplication des points de mesure sur le corps, et/ou d'algorithmes complexes pour le traitement des données, avec des répercussions problématiques sur la consommation des appareils, leur dimensionnement et éventuellement celui des canaux de communication, leur capacités en temps-réel... Par ailleurs, l'utilisation d'accéléromètres peut notamment être couplée à de la localisation par système de type GPS, ce qui permet de combiner la mesure du mouvement en un ou plusieurs points du corps, et la mesure du déplacement général de la personne considérée. Ainsi, parmi les dispositifs existants utilisant un unique accéléromètre, les podomètres permettent une détection tout-ou-rien des pas réalisés par le porteur. Ils sont cependant mal adaptés aux marches lentes telles que celles de patients en mauvaise santé, et ne peuvent fournir d'information quant à l'activité physique générale de leur porteur que s'ils sont portés en continu pendant des périodes de l'ordre de la semaine. En revanche, l'utilisation d'un unique accéléromètre tridimensionnel est adaptée à la récupération de signaux permettant l'analyse de la marche et de l'activité physique, notamment de patients sous traitement d'oxygénothérapie. Cette technique a l'inconvénient de ne mesurer de manière directe que l'aspect ambulatoire de l'activité physique, ce qui implique que les mouvements des membres supérieurs ne sont pas forcément mesurés. Il faut dès lors avoir recours à des traitements de données adaptés pour reconstruire des indicateurs cliniques d'activité. Parmi les traitements des signaux issus de l'accéléromètre, on peut citer notamment la comparaison de grandeurs statistiques telles que leur moyenne ou variance, à des valeurs tabulées ; la construction de signaux intermédiaires, tels que le SMA ou le SMV (décrits plus loin), et la comparaison de ces signaux intermédiaires et de grandeurs statistiques dérivées à des valeurs tabulées ; l'analyse fréquentielle des signaux ; et les méthodes décisionnelles qui prennent en compte l'historique du patient et contextualisent les données au temps présent pour en tirer de l'information D'une manière générale, la difficulté sous-jacente à ces méthodes réside dans la tabulation des valeurs de référence. En effet, il s'agit de trouver des grandeurs qui soient peu ou pas dépendantes de la physiologie de l'individu suivi et fortement dépendantes du type d'activité effectuée par ledit individu. A titre d'exemple, on connait de EP-A-2670463, un dispositif de mesure de l'observance d'un patient sous oxygénothérapie, muni d'un accéléromètre tridimensionnel, et traitant l'information de ce capteur, pour déterminer un état d'activité physique du patient. Si un tel dispositif de mesure se montre relativement efficace pour déterminer un état d'activité physique d'un patient en relativement bonne santé, en pratique il a été constaté qu'un tel dispositif ne réalise pas toujours une détermination satisfaisante de l'état d'activité physique du patient, lorsque le patient n'est pas en bonne santé, est trop faible et/ou se déplace avec un déambulateur par exemple, donc si l'intensité de son activité physique est plus ou moins fortement diminuée. Le problème est donc d'améliorer ce type de dispositif à accéléromètre tridimensionnel pour accroître l'efficacité de détermination de l'activité physique d'un patient sous traitement d'oxygénothérapie, en prenant en compte les spécificités de son activité physique par rapport à celle d'une personne saine dans le traitement des données issues de l'accéléromètre tridimensionnel. La solution de l'invention est un dispositif de détermination de l'état d'activité physique d'un patient sous oxygénothérapie comprenant : - un accéléromètre conçu pour opérer, pendant au moins une première durée ti donnée, des mesures d'accélération (ax,,ay',a,') sur 3 axes, avec i compris entre 1 et N, où N est un nombre entier supérieur à 1, et - des moyens de traitement incluant un algorithme conçu pour traiter au moins une partie des mesures d'accélération (ax, , ay' az, ) opérées par l'accéléromètre : i) en calculant, pendant au moins une durée ti donnée, un indicateur de magnitude de signal (SMA, SMV) basé sur des moyennes calculées à partir des mesures d' accélération ( ax, , ay ' a z ,), ii) et en comparant la valeur de l'indicateur de magnitude de signal (SMA, SMV) à un seuil S donné pour en déduire un état de repos ou d'activité, avec : 0.007 g S ou SMV > S, ou un état de repos du patient lorsque SMA K . ti où K est un nombre entier supérieur à 10, de préférence compris entre 10 et 30 : . un état d'activité du patient pour la deuxième durée t2, lorsque pendant la deuxième durée t2, un nombre au moins égal à K de valeurs de l'indicateur SMA ou, selon le cas, de l'indicateur SMV, déterminées pendant les durées ti sont telles que : SMA > S ou, selon le cas, SMV > S, et . un état de repos du patient pour la deuxième durée t2 dans le cas contraire. - les moyens de traitement son conçus pour : a) déduire plusieurs états de repos ou d'activité du patient pendant plusieurs premières durées ti, et b) déduire, pendant au moins une deuxième durée t2 donnée, avec tz > K.ti où K est un nombre entier supérieur à 10, de préférence compris entre 10 et 30 : . un état d'activité du patient pour la deuxième durée t2, lorsque pendant la deuxième durée t2, des états d'activité du patient ont été déduits pour un nombre au moins égal à K de durées ti, et . un état de repos du patient pour la deuxième durée t2, dans le cas contraire. - la première durée t1 est comprise entre 1 et 5 secondes, typiquement 1 seconde. - la deuxième durée t2 est comprise entre 1 et 5 minutes, typiquement 1 minute. - l'accéléromètre, les moyens de traitement et la ou les mémoires de stockage sont compris dans un boitier, de préférence dans le même boîtier. - le boîtier permet le passage d'un fluide, de préférence un gaz, tel que de l'oxygène médical gazeux, et contient des moyens de mesure d'au moins une grandeur physique caractérisant ce fluide, par exemple débit, pression, température... - ladite au moins une mémoire de stockage est conçue pour mémoriser au moins une partie des états d'activité et de repos du patient déterminées pendant lesdites premières et/ou deuxièmes durées ti, t2. - le boîtier contient une antenne capable de transmettre à distance au moins une partie des états d'activité et de repos mémorisés dans ladite mémoire de stockage, par exemple - directement vers un appareil électronique, tel qu'un ordinateur portable, équipé d'une antenne adéquate, et/ou - vers des moyens de stockage distants, moyennant une réception des données transmises par une passerelle équipée d'une antenne adéquate, et la retransmission des données par la passerelle sur un réseau de télécommunication, tel qu'un réseau filaire ou de téléphonie mobile. La transmission des états d'activité et de repos a pour but de permettre à des personnes, possiblement différentes du patient, telles que des médecins, des prestataires de services de santé ou d'assurance, de consulter l'estimation du temps d'activité et de repos du patient réalisée par l'invention (moyennant éventuellement un traitement des données transmises après réception, pour les transcrire sous une forme graphique ou alphanumérique par exemple), afin notamment de suivre l'évolution de son état de santé. Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un procédé de détermination de l'état d'activité physique d'un patient sous oxygénothérapie comprenant : - on opère au moyen d'un accéléromètre, pendant au moins une première durée t1 donnée, des mesures d'accélération (ax, ay,, , az, ) sur 3 axes, avec i compris entre 1 et N, où N est un nombre entier supérieur à 1, - on traite au moins une partie des mesures d'accélération (ax' , ay,, , az' ) opérées par l'accéléromètre au moyen de moyens de traitement incluant un algorithme, en : i) calculant, pendant au moins une durée t1 donnée, un indicateur de magnitude de signal (SMA, SMV) basé sur des moyennes calculées à partir des mesures d'accélération (ax, , ay',az,), ii) et comparant la valeur de l'indicateur de magnitude de signal (SMA, SMV) à un seuil S donné pour en déduire un état de repos ou d'activité, avec : 0.007 g S ou SMV > S, soit un état de repos du patient, dans le cas contraire, c'est-à-dire lorsque SMA K . t1 où K est un nombre entier supérieur à 10, de préférence compris entre 10 et 30, . un état d'activité du patient pour la deuxième durée t2, lorsque pendant la deuxième durée t2, un nombre au moins égal à K de valeurs de l'indicateur SMA ou MSV déterminées pendant les durées ti sont telles que : SMA > S ou SMV > S, . un état de repos du patient pour la deuxième durée t2 dans le cas contraire. - on déduit plusieurs états de repos ou d'activité du patient pendant plusieurs premières durées t1, et on déduit, pendant au moins une deuxième durée t2 donnée, avec t2 > K.ti où K est un nombre entier supérieur à 10, de préférence compris entre 10 et 30 : . soit un état d'activité du patient pour la deuxième durée t2, lorsque pendant la deuxième durée t2, des états d'activité du patient ont été déduits pour un nombre au moins égal à K de durées ti, - soit un état de repos du patient pour la deuxième durée t2, dans le cas contraire. - la première durée t1 est comprise entre 1 et 5 secondes, typiquement 1 seconde. - la deuxième durée t2 est comprise entre 1 et 5 minutes, typiquement 1 minute. - on mémorise au moins une partie des états d'activité et de repos du patient déterminés pendant lesdites premières et/ou deuxièmes durées ti, t2. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 représente des courbes de valeurs de l'indicateur SMA telles que calculées durant l'utilisation de l'invention durant plusieurs minute ; - la Figure 2 représente un schéma de principe d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; - la Figure 3 représente un schéma de principe d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, permettant également le passage d'un fluide et la mesure d'une grandeur caractéristique de ce fluide ; - la Figure 4 représente une étape de détermination d'un indicateur de 5 magnitude de signal (SMA ou SMV) à partir de mesures d'accélération 3 axes ; - Les Figures 5 et 6 schématisent des étapes de détermination d'un état de repos ou d'activité physique d'un patient pour la durée d'une étape d'acquisition de mesures d'accélération, à partir de l'indicateur de magnitude de signal calculé d'après lesdites mesures d'accélération ; 10 - la Figure 7 schématise une étape de détermination d'un état de repos ou d'activité physique d'un patient pour la durée de plusieurs étapes successives d'acquisition de mesures d'accélération, à partir des états de repos où d'activité physique du patient calculés pour chacune desdites étapes successives d'acquisition ; et - la Figure 8 schématise l'ordonnancement des différentes étapes d'acquisition 15 de mesures d'accélération et de détermination des états de repos et d'activité sur un cycle de fonctionnement de l'invention. Selon l'invention, on peut réaliser une classification de l'activité physique d'un individu grâce à un traitement algorithmique des mesures d'accélération fournies par un accéléromètre enclos dans un boitier que l'individu peut porter à la ceinture ou 20 autour d'un cou, par exemple au bout d'une sangle d'une longueur de 40 à 50 cm environ. L'accéléromètre délivre des mesures d'accélération sur 3 axes, à une fréquence F, typiquement comprise entre 25 et 50 Hz. Les mesures de l'accéléromètre sont stockées dans la mémoire d'une carte électronique. Un microprocesseur ou un circuit électronique réalise en boucle, par 25 exemple au moyen d'un l'algorithme, les opérations données dans les étapes a) et b) suivantes. Etape a) Pour chaque seconde d'enregistrement disponible, l'individu est classé comme étant au repos ou en activité durant la seconde considéré, de la façon suivante : 30 - On nomme ax,,ay,,a,,, les mesures de l'accéléromètre sur les 3 axes. L'indice i varie de 1 à N, où N est un nombre entier représentant le nombre d'échantillons disponibles pour chaque axe, par exemple N = 25. - Eventuellement, les données ax,'a. az i=1...N, sont écrêtées, c'est-à- dire expurgées d'un pourcentage (%) de leurs valeurs extrêmes (au sens de la valeur absolue), typiquement de 2 à 5 %. - On calcule un indicateur de magnitude de signal appelé « SMA » (pour Signal Magnitude Area = Aire de Magnitude de Signal) selon la formule suivante : SMA= moyenne .a)( - moyenne (a ,)) + moyenne ' - moyenne (ay ,)) + moyenne az, - moyenne (az ')) Les moyennes sont calculées sur les données restantes après l'éventuel écrêtage. La notation «II» désigne la valeur absolue. - Si la valeur de l'indicateur SMA est strictement supérieure à un seuil S donné, l'individu est classé « en activité » durant la seconde considéré. Sinon, l'individu est classé comme « au repos » durant ladite seconde. La valeur du seuil S est de l'ordre de 0.05 g, ou g désigne la constante d'accélération de la pesanteur terrestre (environ 9.81 m/s2). Etape b) Pour chaque minute d'enregistrement disponible, l'individu est classé comme étant au repos ou en activité durant la minute considérée, de la façon suivante : - Si au moins K secondes de la minute (pas forcément consécutives) ont été classées comme « en activité », l'individu est classé comme « en activité » pour toute la minute - Sinon, l'individu est classé comme « au repos » Le nombre K est préférentiellement de l'ordre de 10 à 30 secondes. A titre d'exemple, on peut adopter les paramètres donnés dans le Tableau suivant. Tableau Exemple A Exemple B valeur du seuil S 0.045 g 0.038 g Nombre K 10 sec 20 sec % d' écrêtage 4% 4% des valeurs Fréquence F 25 Hz 25 Hz Dans tous les cas, il a été mis en évidence, dans le cadre de la présente invention, que la valeur du seuil S doit être supérieure à 0.01 g pour éviter de classer intempestivement des périodes de repos du patient comme étant des périodes « actives ». A l'inverse, des périodes de marche commencent à être classées comme des périodes de repos pour S supérieur à 0.06 g. En fait, des problèmes de détection commencent à apparaître quand le seuil S est réglé au dessus de 0.06g : la marche génère alors des accélérations trop inférieures à ce seuil, et les périodes de marche sont donc classées comme du repos de façon erronée. En d'autres termes, S doit être réglé de manière à être compris dans la plage de 0.01 g à 0.06 g pour permettre une détection efficace des périodes de repos et de celles d'activité. La valeur du seuil S est donc préférentiellement telle que : 0.01 g Par ailleurs, une loi expérimentale, mise en évidence dans le cadre de la présente invention, permet de déterminer S par rapport à K (ou vice et versa) selon la relation suivante : S=AxK+B avec : A= env. - 7.25 x 10-4 g et B = env. 0.052 g Cette loi expérimentale a été déterminée en réalisant des séries de tests, comme illustré en Erreur ! Source du renvoi introuvable. et expliqué ci-après. Plus précisément, la Figure 1 schématise des courbes de valeurs de l'indicateur SMA telles que calculées durant l'utilisation de l'invention durant plusieurs minutes. Chaque courbe du faisceau PA représente 60 valeurs de l'indicateur de SMA calculées à raison d'une valeur par seconde durant 1 min, alors que le porteur du dispositif de l'invention est physiquement actif. Ces 60 valeurs sont représentées par ordre décroissant (et non pas chronologique). De même, chaque courbe du faisceau PR représente 60 valeurs de l'indicateur de SMA calculées à raison d'une valeur par seconde durant 1 min, alors que le porteur du dispositif de l'invention est au repos. Ces 60 valeurs sont représentées par ordre décroissant (et non pas chronologique). La droite D ne représente pas de grandeurs calculées mais illustre l'existence d'une séparatrice entre les faisceaux correspondants aux valeurs de l'indicateur SMA en phase de repos et d'activité. Sur un intervalle P de nombre de secondes, à tout nombre de secondes NS, la droite D associe une valeur V de l'indicateur SMA telle que, pour chaque minute d'utilisation de du dispositif de l'invention si le porteur du dispositif est en activité, au moins NS valeurs de l'indicateur SMA sont supérieures à V, alors que si le porteur est au repos, le nombre de valeurs de l'indicateur SMA qui sont supérieures à V est strictement inférieur à NS. En d'autres termes, chaque courbe de la Figure 1 représente 60 valeurs de SMA enregistrées durant 1 minute pendant des tests, ordonnées par ordre décroissant. Les courbes (PA) en haut de la Figure 1 correspondent aux périodes d'activité, alors que les courbes (PR) en bas de Figure (proches de l'axe des abscisses) correspondent aux périodes de repos. Si le dispositif doit déterminer parfaitement, durant les tests, les phases d'activité et de repos en utilisant par exemple une valeur K de 30 sec, alors le seuil S doit être placé dans l'espace qui sépare les courbes PA (activité) et PR (repos), à l'abscisse correspondant à 30 sec. Pour minimiser le risque que, sur des données différentes de ces données de test, les activités et les repos soient confondues, on cherche à placer le seuil S le plus loin possible des limites des deux séries de courbes (i.e. PA et PR). En réalisant plusieurs tests pour toutes les valeurs de K, on peut définir une droite (D) qui sépare autant que possible les courbes PA et PR. L'équation décrivant cette droite donne la loi expérimentale susmentionnée. En fait, la valeur de l'indicateur SMA trouvée dans l'étape a) n'est pas totalement indépendante de la position de l'accéléromètre dans l'espace et donc de l'orientation du boitier. Cette valeur est cependant inchangée lorsqu'on effectue un retournement du boitier. On peut donc gagner à utiliser à la place du SMA un autre indicateur de magnitude de signal, à savoir l'indicateur appelé SMV (Signal Magnitude Vector ou Vecteur de Magnitude de Signal) donné par la formule de calcul suivante : 2 - (a 2 - SMV = .NI moyenne (a 2 )- x 2 + moyenne (a ) - ay + moyenne )- a z où Fix =moyenne (a x,), Fzy = moyenne (ay,), âz = moyenne (az,i). Dans ce cas, les données suggèrent d'appliquer à la valeur du seuil S que l'on aurait utilisé pour le SMA, un coefficient multiplicateur d'environ 0.7, c'est-à-dire : 0.007 g La Figure 2 schématise un premier mode de réalisation d'un dispositif 1 selon la présente invention de détermination de l'état d'activité physique d'un patient sous oxygénothérapie comprenant un accéléromètre conçu pour opérer des mesures d'accélération (ax,' ) sur 3 axes, et des moyens de traitement incluant un algorithme destiné à déduire des états de repos ou d'activité physique dudit patient. Ce dispositif 1 comprend un boîtier formé de deux parties venant se fixer d'une à l'autre pour former un capotage externe au sein duquel sont agencés une carte électronique 2 supportant un accéléromètre 3, un microprocesseur 4 ou un circuit électronique exécutant un algorithme, une mémoire informatique 5, une source d'énergie 6 et une antenne de transmission 7 de données. La Figure 3 schématise un deuxième mode de réalisation d'un dispositif 1 selon la présente invention analogue à celui de la Figure 2 mais comportant en outre un conduit 8 permettant le passage d'un fluide 9 à travers le dispositif 1, et un capteur 10 permettant la mesure d'une grandeur caractéristique dudit fluide 9, par exemple sa pression, son débit ou sa température. La Figure 4 schématise la phase de traitement des mesures d'accélération sur 3 axes permettant de déduire, pour une durée tl, un indicateur de magnitude du signal d'accélération (SMA ou SMV). L'accéléromètre 3 fournit durant une durée tl une série 11 de mesures d'accélération selon l'un de ses axes. Cette série comporte des valeurs extrêmes 14 et 15. De la même manière, l'accéléromètre fournit les séries 12 et 13 de mesures d'accélération sur ses autres axes. Lesdites séries comportent respectivement les valeurs extrêmes 16 à 19. Une étape de filtrage 20 permet d'obtenir les séries de mesures d'accélération 21 à 23, correspondant respectivement aux séries 11 à 13 expurgées de leurs valeurs extrêmes. Une étape de calcul 24 permet d'obtenir un indicateur 25 de magnitude du signal SMA ou SMV d'accélération à partir des séries de mesures d'accélération filtrées 21 à 23. Les Figures 5 et 6 schématisent la phase de traitement de l'indicateur de magnitude du signal SMA et de celui du signal SMV permettant de déduire, pour une durée tl, un état de repos ou d'activité physique dudit patient. L'indicateur de magnitude du signal SMA ou, selon le cas, SMV 25 obtenu 25 pour la durée tl est la donnée d'entrée d'une étape de branchement 26 comportant deux conditions mutuellement exclusives 27, 28. Si la condition 27 correspondant à un état de repos est satisfaite, un état de repos 29 pour la durée tl est renvoyé par l'étape de branchement et stocké dans la mémoire informatique 5. 30 Dans le cas contraire, la condition 28 correspondant à un état d'activité physique est satisfaite et l'étape de branchement renvoie un état d'activité physique 30 stocké dans ladite mémoire informatique 5. La Figure 7 schématise la phase de traitement permettant d'obtenir, pour une durée t2>tl, un état de repos ou d'activité physique du patient, à partir des états de repos ou d'activité physique obtenus pour au moins une durée tl précédente. La mémoire informatique 5 contient une série 33 d'états de repos 34 et d'activité physique 35. Ladite série 33 est la donnée d'entrée d'une étape de branchement 36 comprenant deux conditions mutuellement exclusives 37, 38. Si la condition 37 correspondant à un état d'activité est satisfaire, un état d'activité 39 pour la durée t2 est renvoyé par l'étape de branchement et stocké dans la mémoire 5. Dans le cas contraire, la condition 38 correspondant à un état de repos est satisfaite, et un état de repos 40 pour la durée t2 est renvoyé par l'étape de branchement 36 et stocké dans la mémoire 5. La Figure 8 schématise l'ordonnancement des différentes phases de traitement et d'acquisition permettant d'obtenir, pour une durée t2 41 couvrant au moins une durée tl, un état de repos ou d'activité physique du patient pour ladite durée t2. L'ordonnancement est présenté selon une flèche du temps 42. Durant une première durée tl 43, l'accéléromètre réalise une phase d'acquisition 44 des accélérations sur trois axes. A l'issue de ladite phase d'acquisition, les données sont traitées lors d'une phase de traitement 45, comprenant une phase de calcul d'un indicateur de magnitude du signal (SMA ou SMV) telle que schématisée par la Figure 4, et une phase de détermination d'un état de repos ou d'activité physique pour ladite première durée tl, telle que schématisée par la Figure 5 ou la Figure 6. Un état 46 de repos ou d'activité pour ladite première durée tl est obtenu à l'issue de la phase de traitement 45. De façon analogue, des états 47, 48 de repos ou d'activité sont obtenus pour chacune des durées tl successives et comprises dans la durée t2. A la fin de la durée t2, les états 46-48 de repos ou d'activité physique obtenus pour les durées tl successives sont traitées par une phase de traitement 49 telle que schématisée par la Figure 7, permettant d'obtenir un indicateur 50 de repos ou d'activité physique du patient pour l'ensemble de ladite durée t2. REVENDICATIONS1. Dispositif de détermination de l'état d'activité physique d'un patient sous oxygénothérapie comprenant : - un accéléromètre conçu pour opérer, pendant au moins une première durée t1 donnée, des mesures d'accélération ( ax' ) sur 3 axes, avec i compris entre 1 et N, où N est un nombre entier supérieur à 1, et - des moyens de traitement incluant un algorithme conçu pour traiter au moins une partie des mesures d'accélération ( ,ay'az,) opérées par l'accéléromètre : i) en calculant, pendant au moins une durée ti donnée, un indicateur de magnitude de signal (SMA, SMV) basé sur des moyennes calculées à partir des mesures d'accélération ( ax' ay' ), ii) et en comparant la valeur de l'indicateur de magnitude de signal (SMA, SMV) à un seuil S donné pour en déduire un état de repos ou d'activité, avec : 15 0.007 g