Brevet FR3114958A1 — publié le 20220415

L’invention concerne un dispositif (10) conçu pour équiper un masque respiratoire et collecter les données respiratoires d’un porteur, le dispositif (10) comprenant : un système d’acquisition (20) incluant un capteur de pression (21) ; un système de transmission (30) de données ; et une source d’énergie (40) ; caractérisé en ce que le dispositif (10) constitue un module monobloc. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 dispositif conçu pour équiper un masque respiratoire et collecter les données respiratoires d’un porteur L’invention se rapporte au domaine technique des équipements de surveillance des caractéristiques respiratoires d’une personne. Art antérieur La crise Covid a nécessité la généralisation de l’utilisation de masque respiratoires dans la population. Le masque constitue un moyen de prévention prépondérant contre la dissémination du virus. Deux grandes catégories de masques ont été utilisées par le grand public, à savoir les masques chirurgicaux et les masques textiles. Dans le cadre des affections respiratoires de toutes natures, le Demandeur a recherché à instrumenter ces masques afin d’évaluer et détecter chez le porteur, des anomalies associées à sa fonction respiratoire. WO2016157159 décrit un exemple de masque instrumenté, comprenant un système d’acquisition de données. Cependant, un tel masque est destiné à un usage médical ou industriel, et non à un usage grand public. Le masque étanche est équipée d’une valve de sortie contrôlable pour favoriser l’échappement de l’air expiré. Cela est radicalement différent du principe des masques respiratoires conçus pour empêcher la propagation de virus par voie aérienne. CN205432239 et CN106606357 décrivent des masques instrumentés textiles qui évaluent la respiration au travers de capteurs de température. L’invention a pour objet de fournir une solution de collecte de données respiratoires, potentiellement sur une longue durée, sans nécessité de séjourner dans un établissement médical. À cet effet, l’invention concerne un dispositif conçu pour équiper un masque respiratoire et collecter les données respiratoires d’un porteur, le dispositif comprenant : un système d’acquisition incluant un capteur de pression ; un système de transmission de données ; et une source d’énergie. Selon l’invention, le dispositif constitue un module monobloc. Ainsi, le dispositif est compact, facile à manipuler et adapté pour intégration à différents masques. Le dispositif peut être facilement intégré à tous types de masques du commerce, tels que des masques chirurgicaux, des masques textiles, ou des masques de respirateurs artificiels. Le dispositif est polyvalent et compatible avec un grand nombre de masques. Les données sont transmises à un appareil d’enregistrement et d’analyse, par exemple un téléphone, un ordinateur, une tablette, une montre, ou tout autre appareil, contrôlé par le porteur, un médecin, ou toute autre personne, en fonction de l’application visée. Le dispositif permet de caractériser les paramètres de la respiration du porteur : - Les phases de dépression temporaires provoquées par l’inspiration. - Les phrases de surpression temporaires provoquées par l’expiration. - La fréquence respiratoire. - Le débit et le volume d’air inspiré et expiré. - Les anomalies respiratoires. Selon d’autres caractéristiques avantageuses du dispositif selon l’invention, prises isolément ou en combinaison : - Le capteur de pression est du type barométrique. - Le système de transmission fonctionne par ondes radio ultra hautes fréquences, de préférence de type "Bluetooth Low Energy" (en français : "basse énergie"). - La source d’énergie comprend une ou plusieurs piles bouton. - Le module a une épaisseur inférieure ou égale à 10 mm, une largeur inférieure ou égale à 30 mm, et une longueur inférieure ou égale à 30 mm. - Selon un mode de réalisation particulier, le module a une épaisseur inférieure ou égale à 5 mm, une largeur inférieure ou égale à 10 mm, et une longueur inférieure ou égale à 15 mm. - Le dispositif comprend une carte électronique sur laquelle sont montés le capteur de pression, le système de transmission et la source d’énergie. - Le système d’acquisition comprend un capteur de température prévu pour mesurer la température de l’air à l’intérieur du masque. - Le système d’acquisition comprend un accéléromètre prévu pour enregistrer les mouvements du dispositif. - Le dispositif comprend des moyens de fixation temporaire dans le masque. Ces moyens de fixation temporaires peuvent être de différents types : une épinglette ("pin’s"), une broche, un velcro®, un adhésif, ou tout autre moyen adapté. - Le dispositif comprend des moyens de fixation permanente dans le masque. Ces moyens de fixation permanente peuvent être de différents types : un rivetage, une couture, un collage, ou tout autre moyen adapté. L’invention a également pour objet un masque instrumenté, comprenant : une enveloppe prévue pour être positionnée sur le visage du porteur ; et un système d’accroche de l’enveloppe sur la tête du porteur ; caractérisé en ce que le masque comprend un dispositif tel que décrit ci-dessus. Selon d’autres caractéristiques avantageuses du masque selon l’invention, prises isolément ou en combinaison : - L’enveloppe a une forme anatomique s’adaptant à la morphologie du visage en limitant les fuites d’air et crée une poche respiratoire entre sa surface interne et le visage du porteur. - Le système d’accroche est conçu pour assurer un maintien ferme et confortable du masque, qui limite les risques de mauvais positionnement ou de glissement du masque sur le visage. - L’enveloppe comporte une pochette conçue pour recevoir le dispositif. - L’enveloppe comprend des moyens de fixation temporaire du dispositif dans le masque. Ces moyens de fixation temporaires peuvent être de différents types : une pochette ouverte, une épinglette ("pin’s") ; une broche, un velcro®, un adhésif ; ou tout autre moyen adapté. - L’enveloppe comprend des moyens de fixation permanente du dispositif dans le masque. Ces moyens de fixation permanente peuvent être de différents types : une pochette fermée, un rivetage, une couture, un collage; ou tout autre moyen adapté. - Le capteur de pression est positionné dans le masque à mi-distance de la position du nez et de la position de la bouche. - L’enveloppe est en matériau textile. - L’enveloppe est réalisée en matériaux plastiques ou composites. - Le masque est dépourvu de valve expiratoire. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une vue de côté d’un masque respiratoire conforme à l’invention, plié en deux. la est une vue de l’intérieur du masque. la est une vue de l’avant du masque. la est une vue de face du dispositif conforme à l’invention. la est une vue arrière du dispositif. la est un graphe montrant un exemple de mesure des données brutes enregistrées à l’intérieur du masque. la est un graphe montrant un autre exemple de mesure. la est un graphe montrant un intervalle de la , à plus grande échelle. la est un graphe équivalent à la , avec en plus la mesure de pression atmosphérique. la est un graphe montrant les données de la , ayant reçu un premier traitement de signal. la est un graphe montrant les données de la , ayant reçu un second traitement de signal. Description détaillée de l’invention Sur les figures 1 à 3 est représenté un masque (1) respiratoire instrumenté conforme à l’invention, équipé d’un dispositif (10) électronique conçu pour la collecte de données respiratoires d’un porteur (2). Le masque (1) est conçu pour empêcher la propagation des virus par voie aérienne, du type grippe ou covid. Le masque (1) pourrait être d’un autre type, différent d’un masque sanitaire, en fonction de l’application visée. Le masque (1) comprend une enveloppe (3) prévue pour être positionnée sur le visage du porteur (2) ; et un système d’accroche (4) de l’enveloppe (3) sur la tête du porteur (2). L’enveloppe (3) se présente sous forme de bandeau de matière prévu pour être positionné devant le visage du porteur (2), en couvrant le nez et la bouche. L’enveloppe (3) peut être en matériau textile ou en d’autres matériaux, par exemple plastiques ou composites. Le système d’accroche (4) comprend deux lanières latérales prévues pour s’accrocher sur les oreilles, ou pour passer derrière la tête, ou tous autres moyens adaptés. De manière avantageuse, l’enveloppe (3) est conçue avec une forme anatomique s’adaptant à la morphologie du visage en limitant les fuites d’air et crée une poche respiratoire entre sa surface interne et le visage du porteur (2). Egalement de manière avantageuse, le système d’accroche (4) permet un maintien ferme et confortable du masque (1), qui limite les risques de mauvais positionnement ou de glissement du masque (1) sur le visage (dont l’effet serait de créer des fuites d’air) Le dispositif (10) est intégré au masque (1) sur les figures 1 à 3, et disposé hors du masque (1) sur les figures 4 et 5. Le dispositif (10) comprend un système d’acquisition (20) incluant un capteur de pression (21), un système de transmission (30) de données, et une source d’énergie (40). Le dispositif (10) comprend une carte électronique (50) sur laquelle sont montés le capteur de pression (21), le système de transmission (30) et la source d’énergie (40). Selon l’invention, le dispositif (10) constitue un module monobloc, compact et facile à manipuler, pouvant être intégré à différents types de masques (1) du commerce, tels que des masques chirurgicaux, des masques textiles, ou des masques de respirateurs artificiels. Le module est contenu dans un parallélépipède ayant une épaisseur inférieure ou égale à 10 mm, une largeur inférieure ou égale à 30 mm, et une longueur inférieure ou égale à 30 mm. La première version du module a une épaisseur de 6 mm, une largeur de 25 mm et une longueur de 26 mm. La seconde version en développement a une épaisseur de 5 mm, une largeur de 10 mm et une longueur de 15 mm. Comme le dispositif (10) est de petite taille, il peut être intégré facilement à différents types de masques (1), de façon amovible, pour ajouter une fonction de mesure de la pression aux fonctions originelles de ces masques (1). Le module peut comporter un enrobage protecteur et isolant, par exemple un moulage en résine, un dépôt de vernis, une mousse, ou tout autre type d’enrobage. En alternative ou en complément, le module peut être disposé dans un boitier. De préférence, le boitier est en matière plastique. A minima, le module est tropicalisé, c’est-à-dire pourvu d’une isolation électrique. De préférence, le module est également pourvu d’une protection mécanique, contre les chocs et pour restreindre l’accès aux piles. Le dispositif (10) est conçu pour caractériser les paramètres de la respiration du porteur (2) : les phases de dépression provoquées par l’inspiration, les phrases de surpression provoquées par l’expiration, la fréquence respiratoire, le débit et le volume d’air inspiré et expiré, les anomalies respiratoires. Le système d’acquisition (20) peut inclure différents types de capteurs, en plus du capteur de pression (21). Ces autres capteurs permettent d’effectuer des mesures physiologiques complémentaires pour affiner et simplifier l’interprétation des mesures de pression. Le système (20) peut inclure un capteur de température (22) prévu pour mesurer la température de l’air à l’intérieur de l’enveloppe du masque (1). Le système (20) peut inclure un accéléromètre (23) prévu pour enregistrer les mouvements du dispositif (10), et donc du masque (1). L’accéléromètre (23) peut être utilisé pour réveiller le système de transmission (30) en sommeil. Egalement, l’accéléromètre peut être utilisé pour déterminer un niveau d’activité permettant d’interpréter les caractéristiques respiratoires. Par exemple, si la fréquence respiratoire croit avec l’intensité de cette activité, on peut décider d’un accroissement normal correspondant à une adaptation à l’effort. Mais si la fréquence respiratoire croit sans que l’on détecte un accroissement de l’activité, alors l’augmentation de la fréquence respiratoire peut être issue d’un problème respiratoire et nécessiter une action particulière. Le système de transmission (30) est configuré pour transmettre les données à un ou plusieurs appareils d’enregistrement et d’analyse, par exemple un téléphone, un ordinateur, une tablette, une montre, ou tout autre appareil. Le système de transmission (30) fonctionne par ondes radio ultra hautes fréquences, de préférence de type Bluetooth Low Energy. La bande ultra hautes fréquences (UHF) du spectre radioélectrique est comprise entre 300 MHz et 3 000 MHz. La source d’énergie (40) comprend deux piles boutons. En alternative, la source d’énergie (40) peut être de tout type adapté à l’application visée. Grace à la capacité basse consommation du dispositif (10), une autonomie de plusieurs semaines peut être atteinte sans avoir à changer ou recharger la source d’énergie. Le dispositif (10) et/ou le masque (1) peuvent comprendre des moyens de fixation du dispositif (10) au masque (1). De préférence, le masque (1) est muni d’une pochette (5) cousue ou collée dans l’enveloppe (3) et destinée à recevoir le dispositif (10). Encore de préférence, la pochette (5) a une ouverture d’entrée (6) disposée du côté extérieur, afin d’éviter tout risque d’avalement du dispositif (10) lorsque le masque (1) est positionné sur le visage du porteur (2). Les moyens de fixation peuvent être des moyens de fixation temporaire, de différents types : une pochette (5) ouverte, une épinglette ("pin’s"), une broche, un velcro®, un adhésif, ou tout autre moyen adapté. La fixation temporaire est utile pour les masques jetables ou lavables. Egalement, la fixation temporaire est utile pour équiper des masques aérosol par exemple, afin d’y ajouter de façon temporaire une fonction d’évaluation des capacités respiratoires. Les moyens de fixation peuvent être des moyens de fixation permanente, de différents types : une pochette (5) fermée, un rivetage, une couture, un collage, ou tout autre moyen adapté. Le dispositif (10) peut être intégré au masque (1) en étant fixé directement à l'intérieur de l’enveloppe (3) lors de sa fabrication, par exemple entre les différentes couches filtrantes. La fixation permanente est utile pour certains types de masques, notamment ceux destinés aux enfants, pour lesquels il est impératif d’écarter tout risque d’avalement du dispositif (10). Quels que soient les moyens de fixation utilisés, ils privilégient un positionnement du capteur de pression (21) à mi-distance entre le nez et la bouche. Pour que le dispositif (10) puisse être adopté à grande échelle, plusieurs conditions doivent être respectées : - Adaptabilité au plus grand nombre de masques utilisés par le grand public. - Possibilité d’utiliser la structure des masques textiles produits par l’industrie sans en modifier significativement les propriétés. - Compatibilité avec les contraintes de la distribution de masse. - Coût réduit pour favoriser sa diffusion. - Simplicité d’utilisation : on pose le masque (1) sur le visage et il n’y a rien d’autre à faire. - Fiabilité des mesures pouvant engager des diagnostics vitaux pour le porteur. - Confort de porté sans gêne respiratoire, afin d’autoriser le port pendant des durées importantes (fonction holter). - Apparence d’un masque « habituel » et en aucun cas celle d’un masque à gaz, afin que les personnes le portent facilement. - Adaptabilité aux effets de mode pour faciliter son acceptation par le plus grand nombre. - Intégration des capacités de mesure ne doit pas limiter les capacités de filtration d’air nécessaires aux exigences sanitaires du porté de masque. - Lavable afin de permettre sa réutilisation dans le cadre normal d’usage d’un masque de protection. - Possibilité dans certaines versions de revendiquer le statut de dispositif médical. L’invention concerne également un procédé de collecte de données respiratoires. Le procédé comprend les étapes suivantes : - Le dispositif (10) est intégré dans un masque (1). - Le dispositif (10) est connecté à un appareil d’analyse. - Les données transmises par le dispositif (10) sont traitées au sein de l’appareil. Les données brutes peuvent être transformées en données exploitables par le porteur (2), un médecin, ou une autre personne, en fonction de l’application visée. - Enfin, les caractéristiques respiratoires du porteur (2) peuvent être étudiées pour proposer un diagnostic. Le fonctionnement du dispositif (10) est illustré sur les graphes des figures 6 à 11, comportant le temps T en abscisses et la pression P en mbars en ordonnées. L’enveloppe (3) du masque (1) réalise une barrière mécanique permettant la filtration de l’air. Cette filtration oppose une résistance à la circulation naturelle de l’air et induit une surpression / dépression temporaires, fonctions des phases expiratoires et inspiratoires. Le principe de l’invention consiste à mesurer en continue les variations de pression de l’air à l’intérieur du masque (1) grâce au dispositif (10), afin de caractériser les phases respiratoires (suppressions et dépressions temporaires relativement à la pression atmosphérique). Le graphe de la montre un enregistrement de variations de pression mesurées à l’intérieur d’un masque textile. Les données ont subi un traitement permettant de supprimer les variations de pression atmosphériques. Le graphe montre les phases expiratoires (P-Exp), les phases inspiratoires (P-Ins), l’intervalle de temps d’une Respiration comprenant une Expiration et une Inspiration, ainsi que le volume (V) d’air inspiré et expiré. Les phases expiratoires (P-Ext) sont positives, avec une surpression par rapport à la pression atmosphérique. Les phases inspiratoires (P-Int) sont négatives, avec une dépression par rapport à la pression atmosphérique. L’alternance des variations permet de caractériser la fréquence respiratoire. La surface des variations permet de caractériser une relation au volume (V) d’air inspiré et restitué. Les graphes des figures 7 à 10 montrent un autre exemple d’enregistrement de données de pression, avec un masque textile. Sur la , le graphe montre les données de pressions brutes mesurées par le dispositif (10), avec les phases expiratoires et inspiratoires. La période T1 correspond à une marche dans la rue, la période T2 correspond à la montée d’un étage, la période T3 correspond à la descente de deux étages, la période T4 correspond au retour dans la rue, l’évènement T5 correspond à une quinte de toux, et l’évènement T6 correspondant à une apnée. Sur la , le graphe montre un zoom des pressions échantillonnées entre 17:03:30 et 17:04:30, avec les phases expiratoires et inspiratoires. Sur la , le graphe montre les données brutes mesurées par le dispositif (10), avec les phases expiratoires et inspiratoires, mais aussi les variations de pression atmosphérique (Patm) dues au changement d’altitude du porteur de masque. Sur la , le graphe montre un premier traitement du signal correspondant aux données mesurées. Afin de limiter l’impact des variations de pression atmosphérique, le niveau de la pression atmosphérique à chaque instant de la mesure est soustrait de la valeur absolue échantillonnée. Sur la , le graphe montre un second traitement permettant de mettre en relief les minimums et maximums locaux de pression, afin de récupérer les données de fréquences, amplitudes, et ainsi mettre facilement en évidence apnée, toux, ronflements, paroles, etc… Le dispositif (10) permet la mise en œuvre d’un grand nombre d’applications : - Evaluation Covid. - Evaluation de l’apnée du sommeil. - Evaluation des ronflements. - Suivi des BPCO (Bronchopneumopathie obstructives, asthmes…). - Suivi des patients fragiles lors des pics de pollution. - Suivi des personnes âgées. - Protection des travailleurs. - Evaluation de la quantité d’air échangée dans un environnement pollué. Si l’analyse au long court est devenue courante au niveau cardiaque, actuellement ce type d’analyse n’existe pas au niveau respiratoire faute d’un matériel adapté (cout, confort, acceptation…). Au niveau du diagnostic cardiaque, une (r)évolution a été apportée par l’utilisation de l’ECG en continu dans la vie du patient. On appelle l’appareil ECG portable un « holter ». Ce nom est devenu d’usage courant pour caractériser les mesures en continu dans la vie des patients. Cette fonction n’existe pas encore au niveau respiratoire, à partir de moyens simples et compatibles avec les exigences définies plus haut. Avec des moyens d’acquisition et d’enregistrement très simples, le dispositif (10) peut être un candidat valable pour une exploration respiratoire de type « holter » : - Acquisition des données au niveau du masque (1). - Transmission des données à un téléphone intelligent ("smartphone" en anglais - Transmission des données du téléphone au nuage en ligne ("cloud" en anglais) pour synthèse et mise à disposition des résultats aux cliniciens et aux patients. Par ailleurs, le masque (1) et le dispositif (10) peuvent être conformés différemment des figures 1 à 5 sans sortir du cadre de l’invention, qui est définie par les revendications. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d’entre elles, combinées entre elles. Ainsi, le masque (1) et le dispositif (10) peuvent être adaptés en termes de coût, de fonctionnalités et de performance. Dispositif (10) conçu pour équiper un masque (1) respiratoire et collecter les données respiratoires d’un porteur (2), le dispositif (10) comprenant : un système d’acquisition (20) comprenant un capteur de pression (21) ; un système de transmission (30) de données ; et une source d’énergie (40) ; caractérisé en ce que le dispositif (10) constitue un module monobloc. Dispositif (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module a une épaisseur inférieure ou égale à 10 mm, une largeur inférieure ou égale à 30 mm, et une longueur inférieure ou égale à 30 mm. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (10) comprend une carte électronique (50) sur laquelle sont montés le capteur de pression (21), le système de transmission (30) et la source d’énergie (40). Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d’acquisition (20) comprend un capteur de température (22) prévu pour mesurer la température de l’air à l’intérieur du masque (1). Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d’acquisition (20) comprend un accéléromètre (23) prévu pour enregistrer les mouvements du dispositif (10). Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de fixation temporaire dans le masque (1). Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de fixation permanente dans le masque (1). Masque (1) instrumenté, comprenant : une enveloppe (3) prévue pour être positionnée sur le visage du porteur (2) ; et un système d’accroche (4) de l’enveloppe (3) sur la tête du porteur (2) ; caractérisé en ce que le masque (1) comprend un dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Masque (1) instrumenté selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’enveloppe (3) est en matériau textile. Procédé de collecte de données respiratoires, comprenant les étapes suivantes : intégrer un dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 7 dans un masque (1) instrumenté ; connecter le dispositif (10) à un appareil d’analyse ; traiter les données transmises par le dispositif (10).