Brevet FR3085220A1 — publié le 20200228

-1- SYSTEME D'ENTRAINEMENT DE SECOURISTE A LA REANIMATION CARDIAQUE Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine de la réanimation cardio-respiratoire (RCP) et plus particulièrement les systèmes de rétroaction pour la formation des secouristes aux gestes de réanimation cardio-respiratoire afin d'optimiser leur efficacité. L'arrêt cardiaque soudain est l'une des principales causes de décès dans les pays industrialisés. En Europe, l'incidence annuelle des arrêts cardiaques en dehors de l'hôpital est estimée entre 275 000 et 700 000, avec un taux de survie de 10,7 % à la sortie de l'hôpital. En France cela représente 50.000 décès annuels avec un taux de survie estimé aux alentours de 5,5 %. La marge de progression est importante puisque dans certaines conditions il est possible d'atteindre des taux de survie bien supérieurs. Par exemple, grâce à un massage cardiaque et une défibrillation précoce les casinos de Las Vegas ont pu obtenir 40 % de survie à la sortie de l'hôpital. La réanimation cardio-respiratoire est une procédure de premiers soins d'urgence pour une victime d'un arrêt cardiaque soudain. Une réanimation cardio-respiratoire appliquée de manière bien maîtrisée crée une circulation sanguine chez la victime en comprimant périodiquement la poitrine de la victime. La pratique de la réanimation cardio-respiratoire est une procédure exigeante physiquement, nécessitant un entraînement sérieux pour que sa mise en oeuvre, généralement en situation d'extrême urgence et de stress soit réellement efficace. -2- Afin d'améliorer la formation, on utilise un mannequin simulant un torse humain. Pour permettre au secouriste de vérifier la pertinence de ses gestes, il est connu d'équiper ce mannequin de capteur restituant une information 5 représentative de l'action appliquée au mannequin. On a proposé dans les brevets américains US6390996, US7108665 et US7429250 l'utilisation d'un accéléromètre pour mesurer les accélérations de la poitrine et calculer la profondeur de chaque compression à partir du signal d'accélération. Cette solution utilisée dans 10 le système de surveillance de la profondeur de compression Real CPR Help® de la société ZOLL fournie une rétroaction en temps réel sur l'effet des gestes de RCP pratiqué sur le mannequin. D'autres mannequins sont équipés de capteur de pression fournissant un signal représentatif de l'amplitude, de 15 l'angle et de la fréquence des compressions thoraciques appliquées. Une réanimation cardio-respiratoire doit être effectuée pour exercer des compressions thoraciques selon un angle de déplacement quasi nul à partir d'une ligne verticale tracée à travers le sternum, le coeur et la colonne vertébrale 20 des victimes ainsi qu'une amplitude produisant une profondeur de compression de 3 à 6 cm et une fréquence comprise entre 90 et 120 par minute. Etat de la technique 25 On connaît notamment dans l'état de la technique la demande de brevet américaine US2013030326 décrivant un système de mesure et de rétroaction de compression mesurant l'amplitude et l'angle de la force manuelle de réanimation cardio- 30 respiratoire appliquée à un patient et fournissant les informations d'amplitude et de direction mesurées en retour de données de compression au secouriste en formation appliquant la réanimation cardio-respiratoire au patient. Toute variation de l'amplitude ou de la direction de la force de compression appliquée peut être calculée à partir des données de compression -3- mesurées par le capteur de compression. Un moniteur reçoit les données de compression et traite les données de compression pour générer des données de retour au secouriste en formation indiquant l'amplitude et la direction de la compression 5 appliquée ainsi que les caractéristiques de compression idéales à des fins de comparaison. La demande de brevet américaine US2007264621 décrit un autre exemple connu de mannequin d'entraînement pour simuler 10 des conditions réalistes, ayant une première partie pour recevoir une pression appliquée et un mouvement de l'utilisateur, et une seconde partie pour le positionnement sur une surface d'appui, lesdites première et seconde parties étant séparées par un élément élastique et des moyens de guidage d'un 15 mouvement essentiellement linéaire entre les pièces, le dispositif d'entraînement comprenant également un piston contenant un fluide assurant un mouvement amorti entre lesdites parties dans le sens dudit mouvement linéaire 20 La demande de brevet internationale W02012035129A2 décrit un mannequin pour la formation à la réanimation cardiorespiratoire par application de compression sur la poitrine du mannequin, différant en ce que la poitrine comprend au moins une zone ou position sur laquelle sont disposés des capteurs ou 25 équivalents pour mesurer la force appliquée, la zone ou la position dudit agencement de capteurs coïncide sensiblement avec une zone ou position adaptée, ou couvre sensiblement une zone ou une position adaptée, pour appliquer lesdites compressions, l'agencement de capteurs étant connecté de manière 30 opérationnelle à un ensemble de carte de circuit imprimé ou un dispositif de carte ou de commande de type différent, en vue de permettre la détection de la position des mains par rapport à la zone ou au point corrects pour la compression. La demande de brevet W02015008935A1 décrit un autre 35 exemple connu de simulateur de réanimation cardio-respiratoire -4- comprenant un récepteur d'informations de compression pour recevoir, d'au moins un capteur de pression, une intensité de compression et une période de compression entrées dans le ou les capteurs de pression, un récepteur d'informations de voies 5 aériennes pour savoir si les voies aériennes d'un mannequin sont dilatées à partir d'un circuit de commutation marche/arrêt, une unité de calcul d'informations de débit pour recevoir des données de degré de courbure reçues d'un capteur de courbure et calculer des données relatives à un débit circulant dans les voies 10 aériennes, et une unité de sortie pour comparer au moins un élément des informations reçues à au moins un élément d'informations de référence et transmettre un résultat via un premier projecteur. Ce document propose aussi une variante de réalisation qui comprend : un mannequin comprenant des parties 15 de corps requises pour une formation CPR ; un ensemble de capteurs pour détecter et collecter divers types de premiers secours appliqués sur le mannequin durant la formation CPR donnée par un utilisateur, l'ensemble de capteurs pouvant être attaché au mannequin/détaché du mannequin ; et un terminal portable pour 20 afficher divers éléments d'informations de guidage en fonction d'une situation d'urgence affichée sur un écran, et recevoir, afficher en temps réel et analyser des informations relatives aux premiers secours donnés par l'utilisateur, détectées ou collectées par un ensemble de capteurs durant la formation CPR 25 d'après les informations de guidage. La présente invention permet donc d'améliorer significativement l'efficacité d'un apprentissage à la formation, dans laquelle l'ensemble de capteurs est placé dans le mannequin, un programme de formation CPR du terminal portable est exécuté, des informations de 30 premiers secours transmises par l'ensemble de capteurs sont reçues et analysées, et un retour d'informations est transmis à un utilisateur. -5- Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur ne sont pas 5 totalement satisfaisantes, pour plusieurs raisons. Elles ne permettent généralement pas d'analyser correctement la position des mains, soit parce que les mannequins ne comportent aucun capteur pour détecter la position des mains en temps réel, soit parce que le mannequin est associé à un 10 équipement de réalité augmentée projetant une image d'un environnement réaliste associé à un mannequin, impliquant un champ de vision limité au champ de projection de l'image de synthèse, et posant de grands problèmes de recalage en temps réel (« slam ») des images de synthèse et du mannequin physique. 15 L'efficacité de la compression est déterminée par le respect des critères suivants : profondeur d'au moins 38 mm, bonne position des mains et pas de fracture de côte (rapportée par le capteur du mannequin), décompression complète. L'analyse de la position des mains du secouriste en formation est donc un 20 facteur important de l'apprentissage. Il a été constaté dans la thèse soutenue par Monsieur Xavier Lesaffre le 18 décembre 2014 à la Faculté de Médecine Pierre et Marie Curie intitulée « Le massage cardiaque guidé par téléphone : comparaison des guidages vidéo et audio. » que les 25 solutions connues affectent la visualisation de la position des mains notamment dans un contexte où le participant fait des aller-retours oculaires entre ses mains et l'écran. Solution apportée par l'invention 30 Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention concerne selon son acception la plus générale un système d'entrainement de secouriste à la réanimation cardiaque comportant un mannequin d'entraînement, un casque immersif, et 35 des moyens de détermination de la position des mains, ainsi qu'un -6- calculateur pour générer l'image visualisée sur l'afficheur de casque immersif en fonction d'une séquence de vidéo de synthèse intégrant les représentations virtuelles des mains dudit secouriste ainsi qu'une zone d'affichage d'informations 5 textuelles caractérisée en ce que le mannequin comporte en outre un capteur d'acquisition d'information de position (« tracking ») et un capteur de pression, l'affichage intégrant une représentation virtuelle dudit mannequin et en ce que la position de ladite zone d'affichage d'informations textuelles 10 est calculée pour être fixe par rapport à l'image du mannequin, et comporte l'affichage de l'information représentative de la pression appliquée sur ledit capteur de pression. De préférence, le système comporte un code 15 informatique pour la détermination de la position et de l'orientation des mains de l'opérateur, pour la sélection dans une bibliothèque d'images virtuelles d'une image numérique correspondant à la position et orientation des mains ainsi caractérisées, et pour commander l'incrustation de l'image 20 numérique sélectionnée dans l'image visualisée. Selon un mode de réalisation préféré, il comporte deux systèmes de localisation (23, 24) munis de bracelets pour la mise en place sur les poignées de l'opérateur. 25 Selon une variante, il comporte en outre une caméra (19) fixée sur le mannequin pour l'acquisition d'images de la posture de l'opérateur, et un code informatique pour la caractérisation de l'état émotionnel de l'opérateur, en fonction 30 d'une base de données d'expressions faciales et d'un algorithme de caractérisation. La séquence vidéo visualisée est sélectionnée en temps réel en fonction du résultat du traitement de caractérisation de l'état émotionnel de l'opérateur. - 7 - Selon une autre variante, le mannequin comporte en outre un micro, pour capter les sons, la parole, la respiration, 5 Description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins 10 annexés illustrant un exemple non limitatif de réalisation où : - La figure 1 représente une vue schématique d'un système selon l'invention - La figure 2 représente une vue schématique du positionnement de l'opérateur par rapport au mannequin 15 - Les figures 3 et 4 représentent des vues schématiques des représentations angulaires des vecteurs d'orientation du mannequin et de l'opérateur - La figure 5 illustre la position de l'écran d'affichage. 20 Description d'un exemple de système L'équipement pour la mise en oeuvre de l'invention comprend un mannequin (1) présentant la forme et les dimensions 25 d'un torse humain, un masque de réalité virtuelle (2), une caméra (3) pour l'acquisition de la position du mannequin et des mains de l'opérateur en formation et un ordinateur (4) assurant le traitement des images capturées par la caméra (3) et générant le flux vidéo affiché par le masque de réalité virtuelle (2). 30 Le mannequin (1) est essentiellement de type connu. Il comporte une plaque supérieure rigide (10) présentant la conformation d'un torse humain et une plaque inférieure rigide (11). Un ressort de compression (12) est installé entre la plaque supérieure (10) et la plaque inférieure -8- (11) pour apporter au torse une résistance comparable à celle d'une cage thoracique humaine. Le mannequin comporte également un sac gonflable (13) permettant de simuler la reprise de la respiration. 5 Il comporte aussi une tête (14) présentant un orifice en forme de bouche (15) pour réaliser des simulations d'insufflation. Un capteur (16) relié à la plaque supérieure (10) 10 mesure l'effort appliqué sur la cage thoracique par l'intermédiaire d'une jauge de contrainte (18) et fournit une information concernant l'effort de compression exercé par l'opérateur, et permettant également d'estimer le risque de fracture de cote. 15 La position des mains peut également être acquise par l'intermédiaire de système de localisation en réalité virtuelle (22, 23), par exemple les composants commercialisés sous le nom commercial de HTC Vive Tracker 2.0 communiquant avec une balise fixe délivrant les informations sur la position et 20 l'orientation tridimensionnelle de chacun des poignées de l'opérateur. Une caméra optionnelle (19) est intégrée au mannequin (1) pour capturer l'image du visage de l'opérateur et fournir des images dont l'analyse permettre de déterminer son 25 état émotionnel. Traitements d'image L'ordinateur (4) fournit un flux vidéo correspondant 30 à une scène réaliste visualisée par l'opérateur grâce à un casque de réalité virtuelle (2) lui procurant une perception immersive dans une ambiance simulant un contexte d'intervention. L'ordinateur calcule par ailleurs l'incrustation dans la scène d'ambiance d'un mannequin numérique, et recalcule 35 en temps réel le repère des images de synthèse par rapport à la -9- position du mannequin réel pour replacer sur l'image de synthèse le mannequin numérique dans une position correspondant à la position du mannequin (1) par rapport à l'opérateur. La caméra (3) capte la position des mains et 5 l'ordinateur (4) analyse l'image des mains pour rechercher dans une bibliothèque d'images numériques une image d'un couple de mains conforme à la position des mains de l'opérateur, et pour commander l'orientation de l'image numérique du couple de mains sélectionné par rapport au mannequin numérique, pour la mettre 10 en correspondance avec la position des mains sur le mannequin réel (1). Ainsi l'opérateur est plongé dans une ambiance totalement immersive, et non pas dans une ambiance de réalité augmentée, et retrouve sur l'écran d'affichage la combinaison 15 des images de synthèse de l'environnement, de l'image de synthèse du mannequin numérique ou l'image d'une véritable victime repositionné en prenant en compte la position du mannequin physique (1) et la position des mains par extraction d'une image de synthèse dans une base d'images numériques, et repositionnées 20 pour correspondre à la position des mains de l'opérateur. L'écran d'affichage du casque (2) affiche également des indications techniques, par exemple sur la fréquence et le niveau des compressions, et sur la conformité des gestes de l'opérateur. La position de cette zone d'affichage n'est pas fixe par rapport 25 au référentiel des images de synthèse de l'environnement, mais est déplacée en fonction de la position de la tête de l'opérateur et de la direction de la tête et de l'orientation/direction du mannequin, Ainsi, il peut orienter la tête pour prendre connaissance des informations techniques, ou détourner la tête 30 pour déplacer la zone d'affichage de ces informations en dehors de la zone visualisée. -10- Reconnaissance de la position relative de l'opérateur Les figures 2 à 4 illustrent les moyens permettant 5 d'automatiser la reconnaissance de la position relative de l'opérateur par rapport au mannequin. Le but est d'assurer que la zone graphique panneau affichant les informations de fréquence et pression sur l'écran de visualisation soit positionnée du côté opposé à l'utilisateur, afin d'améliorer 10 l'ergonomie de l'affichage. Le mannequin est muni d'un trièdre de repérage (25). De même, le casque (2) de l'opérateur (30) est muni d'un trièdre de repérage (31). Les vecteurs de position sont acquis et transmis à 15 un calculateur qui détermine les relations angulaires entre les deux trièdres : Si angle (X1,X2) est compris entre + ou - 90°, l'utilisateur est identifié comme étant positionné à gauche du mannequin (figure 3) 20 - sinon, l'utilisateur est identifié comme étant positionné à droite (figure 4). Cette information pilote l'interface graphique pour déterminer la zone d'affichage du panneau d'informations. 25 Mesure de la position précise du massage Le système selon l'invention comporte des moyens permettant de vérifier et d'indiquer à un utilisateur que la position du massage n'est pas correcte. 30 Ces moyens mettent en oeuvre les capteurs (22, 23) équipant les poignets de l'opérateur. Les mains de l'utilisateur peuvent être en position de mains crochetées ou de mains croisées, avec, soit la main gauche ou la main droite en dessous : il y a donc quatre positions 35 de massage. C'est le plat de la main (du dessous) qui doit être en contact avec la zone d'appui sur la poitrine de la victime. A cet effet, le procédé mis en oeuvre détermine quelle est la main en dessous (c'est-à-dire la main en contact et 5 restituant la force sur la poitrine) : lorsque le capteur de pression est enfoncé (ou que les capteurs (22, 23) de mains sont dans une zone proche de la zone de massage), on mesure la hauteur, par rapport au sol, des deux capteurs (22, 23) de poignets : le capteur le plus bas donne la main située en 10 dessous. La position croisées ou crochetées des mains est déterminée par la mesure de l'angle entre les deux capteurs (22, 23) de poignets. - Si l'Angle mesuré REVENDICATIONS1 - Système d'entrainement de secouriste à la réanimation cardiaque comportant un mannequin d'entraînement (1), un casque immersif (2), et des moyens d'acquisition de la position des mains (22, 23), ainsi qu'un calculateur (4) pour générer l'image visualisée sur l'afficheur de casque immersif (2) en fonction d'une séquence de vidéo de synthèse intégrant les représentations virtuelles des mains dudit secouriste ainsi qu'une zone d'affichage d'informations textuelles, caractérisé en ce que le mannequin (1) comporte en outre un capteur d'acquisition d'information de position (3) et un capteur de pression (16), l'affichage intégrant une représentation virtuel dudit mannequin (1), le système étant en outre caractérisé en ce que la position de ladite zone d'affichage d'informations textuelles est calculée pour être fixe par rapport à l'image du mannequin virtuel, ladite zone comportant l'affichage de l'information représentative de la pression appliquée sur ledit capteur de pression. 2 - Système d'entrainement de secouriste à la réanimation cardiaque selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un code informatique pour la détermination de la position et de l'orientation des mains de l'opérateur, pour la sélection dans une bibliothèque d'images virtuelles une image numérique correspondant à la position et orientation des mains ainsi caractérisées, et pour commander l'incrustation de l'image numérique sélectionnée dans l'image visualisée. 3 - Système d'entrainement de secouriste à la réanimation cardiaque selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux systèmes de localisation (23, 24) munis de bracelets pour la mise en place sur les poignées de l'opérateur. -14- 4 - Système d'entrainement de secouriste à la réanimation cardiaque selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une caméra (19) fixée sur le mannequin pour l'acquisition d'images de la posture de l'opérateur. 5 5 - Système d'entrainement de secouriste à la réanimation cardiaque selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un code informatique pour la caractérisation de l'état émotionnel de l'opérateur, en fonction d'une base de 10 données d'expressions faciales et d'un algorithme de caractérisation. 6 - Système d'entrainement de secouriste à la réanimation cardiaque selon la revendication 5, caractérisé en 15 ce que la séquence vidéo visualisée est sélectionnée en temps réel en fonction du résultat du traitement de caractérisation de l'état émotionnel de l'opérateur.