CA2486949A1 - Systeme et methode pour la detection des chutes et du suivi des niveaux d'activite a distance chez des personnes en perte d'autonomie - Google Patents

Description

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Sainte-Marie le 28 novembre 2004 mdustry Industrie tV~~1lJ.. Yl~/I/D
Canada Canada Office de la propriété intellectuelle I i 2004/12/09 Pila e du Porta e 1 I~I~~I 344- 04 g 50. rue Victoria nPO OPIC 000106970 Bureau C227, 2e étage Hull, Québec, K1A OC9 La présente est une demande de brevet partiel selon l'article 93 de la loi des brevets.
Invention : Système et Méthode pour la détection des chutes et du suivi des niveaux d'activité à
distance chez des personnes en perte d'autonomie Activité inventive : L'activité inventive réside dans la configuration et le positionnement des composantes du système, dans l'agencement des capteurs et dans la méthode de traitement des signaux obtenus.
Chute La méthode de détection des chutes utilise pour la première fois l'onde de choc comme critère déterminant pour la détection des chutes et le processus décisionnel s'applique par logique floue, au lieu de valeurs seuil fixes comme déterminants comme c'est le cas dans les inventions précédentes.
Les signaux sont obtenus à partir de modules) dans des combinaisons de position suivantes un module principal à la base de la nuque, qui est intégré dans le cordon d'un pendentif et un ou plusieurs autres modules localisés au niveau du diaphragme et/ou du poignet et/ou de la cuisse. Cette nouvelle combinaison de sites permet de détecter le changement de position du tronc et d'intégrer, pour la première fois, les mouvements de protection du sujet dans la caractérisation et la reconnaissance des chutes.
Les capteurs utilisés sont des accéléromètres 2 ou 3 axes et de(s) gyroscope(s). Les combinaisons d'accéléromètres et du nombre de gyroscopes d'un module peuvent varier selon le site de positionnement ou le sujet visé (caractéristiques dynamiques et de stade de perte d'autonomie).
Niveaux d'activité
Le même système permet d'obtenir des données sur la dynamique de mouvement de l'individu. Par logique floue et par des valeurs seuils, la fréquence et la vitesse et l'orientation dans l'espace des mouvements du tronc et des membres sont utilisés pour définir des niveaux de mouvement, de nul à intense. L'approche de capteur dont les localisations sont donné plus haut augmente de façon significative la précision de détermination des sous niveaux d'activité du sommeil (phase et qualité du sommeil ) et ~~,,, Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 d'activité faible (repos, écriture, ...) qui caractérisent la clientèle en perte d'autonomie et permettent d'identifier des niveaux critiques. Les niveaux critiques regroupent entre autre, l'absence totale de mouvement (défaut système ou mort), battements respiration (apnée), respiration sans mouvement minimal (coma, perte de conscience), l'hyperactivité.
Par ailleurs, une classification préalable des sujets selon leur niveau d'autonomie physique (ISO-SMAF) permet d'ajuster les paramètres discriminant aux caractéristiques propres de l'individu et raffiner l'interprétation des sous niveaux.
Inversement, le système pourra être utilisé pour classifier ou re-classifier les individus dans l'évaluation ISO-SMAF.
Des analyses nycthémérales ou circadiennes peuvent ainsi être réalisées de façon à obtenir des patrons d'activité dans le temps et permettre la comparaison du même sujet dans le temps et identifier des variation anormales ou non désirées.
La reconnaissance d'activité (marche, alimentation, sommeil..) est aussi rendue possible par une analyse des mêmes signaux grâce à un processus décisionnel et d'identification basée sur les réseaux de neurones (HML, HTM ), en combinaison avec l'analyse par logique floue ou de valeurs seuil significatives. L'analyse des patrons d'activité nécessite une puissance plus élevée du processeur et de mémoire et est effectuée dans un site distant et rendu disponible à distance par réseau Internet.
Domaines d'application La méthode s'applique aux suivis des sujets en perte d'autonomie physique qui présentent des risques de chute ou de perte de conscience et qui pourraient ne pas pouvoir procéder eux même à une demande d'aide. Les personnes âgées, en perte d'autonomie, en réhabilitation, les travailleurs en environnement dangereux, le personnel de sécurité sont des sujets privilégiés pour utiliser des appareils qui soient dérivés de la configuration préférentielle présentée ici. Les gens atteints de déficit cognitif, comme la démence ou la maladie d'Elzheimer, ou autre maladie débilitante et pour lesquelles un suivi à distance est souhaitable ou comme support pour leur maintien à domicile, sont particulièrement visés par la présente invention.
Brève description 1-Fonction de détection de chute Cette technologie est destinée à surveiller une personne en utilisant un (ou des) capteurs) munis) d'un accéléromètre 2 ou 3 axes et de un ou plusieurs gyroscope(s), d'un processeur, de mémoire et d'un module de communication sans fil.
Cette invention permet de détecter une chute et d'informer sur le niveau d'activité
d'une personne.
Le capteur fournit des signaux analogiques provenant d'un accéléromètre 3 axes et de deux gyroscopes. Cette information est numérisée par un convertisseur analogique-numérique. Ces nouvelles données temporelles sont placées dans une pile qui agit comme une mémoire à court-terme et dont la taille définit la durée en seconde.
t Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 1 ' ' CA 021486949 2004-12-09 Gx ii' -.
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Figure 1 : Principe Des algorithmes de bas-niveau sont appliqués sur le contenu de la pile dans le but d'extraire de l'information sur le comportement et la posture de la personne.
Un vecteur de caractéristiques est alors crée à partir de ces données. Ce dernier contient ~ Contenu fréquentiel: I1 sert à définir l'activité de la personne : Ces états sont définis par l'absence d'activité, le repos, les éveils modérés et actifs. Ils sont définis par le contenu fréquentiel du mouvement du corps de la personne.
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Figure 2 : Activités ~ Changement de position du tronc: L'accéléromètre permet de définir l'orientation dans l'espace du capteur et donc de la personne en fonction de la gravité et d'une connaissance a priori de la position du capteur.
Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 CA 02'486949 2004-12-09 ,&

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5~z . v r~~ T5. ,,s0 7~, Position debout Position couché
Figure 3 : Changement de position ~ Vitesse angulaire du tronc: Cet élément permet de savoir si un changement de position est contrôlé ou non.
~ Amplitude d'une onde de choc: Une chute est caractérisée par une onde de choc et surtout son amplitude.
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j 3 0 7~0 200 300 400 500 fi00 7D5 B00 AO tOp ë70 30A dDJ 500 600 7p0 A00 temps Signal d'entrée Signal de détection de l'onde de choc Figure 4 : Onde de choc ~ Nombre d'ondes de choc: Lors d'une activité importante ou de contacts répétés sur le capteur, plusieurs ondes de choc peuvent être crées. Cet élément permet de réduire les fausses alarmes.
Ce vecteur de caractéristiques est ensuite traité pour déterminer si la personne est en situation de chute et ensuite pour donner une indication du type d'activité
exercée par la personne. Le système décisionnel utilise la logique floue pour déterminer les deux variables de sortie (Chute, Activité).
Inventeur . Christian Cloutier, 660 des Erables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 t Contenu fréquentiel Changement de position Intelligence ~ Chute (mandani) Vitesse angulaire Amplitude de l'onde de choc Activité
Nombre d'ondes de choc Figure 5 : Système décisionnel

2- Fonction de suivi et identification des niveaux d'activité
Le dispositif est destiné à identifier des niveaux d'activité critiques (coma, absence minimale de mouvement sur une période de temps, absence de mouvement respiratoire) à dresser le profil nycthéméral d'activités quotidiennes d'un individu dans la perspective de 1 ) Détecter ponctuellement des changements ou variations importantes dans celui-ci suggérant une détérioration significative de l'état de bien-être de l'individu.
2) Transmettre périodiquement aux autorités compétentes (aidant naturel, médecin, centre de télésurveillance) un synoptique de l'évolution des composantes du profil nycthéméral d'activités quotidiennes pondéré en fonction du niveau d'autonomie fonctionnelle initiale de l'individu afin que celles-ci puissent détecter des changements dans l'autonomie fonctionnelle de personnes âgées.
Le profil nycthéméral d'activités quotidiennes est défini comme la répartition, sous la forme d'un chronogramme, des niveaux d'activités enregistrés au sein d'une période de 24 heures (figure 1 ) v.
Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 ~

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t2) ~rier~i~'titar~ dta ~eçirr~er~c ltttanc et rnerr~~re ~up~rï~etar) per repart ~ ura plan rte r~f~rer~ee Figure 7 Chaque indicateur forme un vecteur de caractéristique qui est ensuite interprété par un système décisionnel par un réseau de neurones pour déterminer l'état général du sujet (état d'éveil vs état de sommeil), le niveau d'activités enregistré pour une période donnée (inactif, actif faible, actif modéré et actif élevé) et son évolution dans une période de temps donnée. A
titre d'exemple, 1e tableau suivant caractérise les variables de sortie 2 états Etat critique : problématique ou niveau d'activité exprimant un état de bien-être potentiellement compromis Etat normal : regroupe l'expression de bien-être par les différents niveaux de mouvement et représentable sous forme de profil nycthéméral d'activité
3 phases Phase d'absence de mouvement : Aucune détection de mouvement ;
défaillance de système ou mortalité
Phase de repos : battement cardiaque, mouvement respiratoire, mouvement minimum du corps (cycle de sommeil) Phase d'éveil : Mouvement du corps et / ou des membres caractérisés selon ', leur fréquence, vitesse et orientation.
Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Erables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 ï niveaux d'activité
Nul : absence de mouvement de surface lié au battement cardiaque Apnée : battements cardiaques sans mouvement respiratoire Comateux : mouvements respiratoires sans ou avec très peu de mouvement corporel Sommeil : mouvement minimum dans le temps, correspondant aux cycles de sommeil, fréquence vitesse et orientation non soutenus et aléatoire, dominance du mouvement respiratoire dans le temps, observation de roulis et lacet sporadiques, tangage absent position couché ou assise Niveau d'activité faible : mouvement de fréquence et vitesse faible et non soutenus. Changements de position peu fréquents Niveau d'activité modéré : fréquence et vitesse de mouvement soutenus, changements d'orientation et/ou de position fréquents.
Niveau d'activité élevé : fréquence et vitesse des mouvements élevées, changement de position et/ou d'orientation fréquents.
Note : niveaux applicables dans le cadre d'une interprétation contextuelle et de reconnaissance d'activité, caractérisation de sous niveaux propres au sujet par auto apprentissage.
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w e inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 La figure suivante récapitule les différents aspects de l'invention ___..._.__ ~._. __, __.....- _..-Piézoélectriques ~~ Accéléromètres . Gyroscope i ~. _ __..-_ ~ Variables Cration du vecteur de de sortie ~

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caractristiaues : ArrAtcardieque ' Repos/Sommeil Changementde position i veil I V itesse de dplacem I Activit faible ent P o s i t i o n d e A c t i v I a p e r s o n n e It m o d 6 r e dans l'espace , Activit leve Frquence des signaux ' _- ~ ..Perceptron Multi-couches~-____...
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....-._ _ _ I i Figure 8 Concrétisation préférentielle Schématique du capteur principal qui comprend un G senseur 3 axes et un gyroscope, positionné à la base de la nuque, dans le cordon d'un pendentif. Le pendentif comprend les éléments de communication RF vers la base, un processeur, l'alimentation et une fonction d'appel d'aide volontaire. La base est reliée au réseau par lien téléphonique et par Internet à un serveur distant pour l'échange de données.
L'accès au serveur central est contrôlé et permet de consulter à distance les données et le profil des sujets. L'interface permet aussi d'envoyer des messages et des consignes aux différentes composantes du système. Le système détecte automatiquement les chutes et les niveaux d'activité critiques et exécute une demande d'intervention (alarme). Une fonction de «reminder» modifiable et programmable à
distance permet de supporter les sujets atteints de déficit cognitif. Des fonctions de télé-intervention sont donc rendues possibles. La base comprend aussi des composantes qui permettent un traitement plus élaboré des données et alarmes reçu du module porté par l'utilisateur, des capacités de communication vocale bi-directionnelles et agir comme socle pour une base mobile de type cellulaire.
Cette base mobile offre les même fonctions et intègre la localisation par GPS
pour un suivi à l'extérieur des bâtiments.
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Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 ' CA 02486949 2004-12-09 Systèmes l.ifeLink Systems Schéma du svtème rëvision 0 t3ase de r~ceation Prise tèlëphonique BIoC
d'alimentation ~ Haut-parleur mural Module téléphonique Micro Alimentation j.~-p~ Module processeur .,~.~r~ Module RF
Socle de réception module ~~ Interface usager cellulaire ~~f G-sensor 3 axes et Gyroscope Module RF
Processeur Bouton d'appel Alimentation La figure suivante illustre le système dans ses fonctionnalités de base fixe et mobile . v Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 Descriation svstëme Lifelink Système base Pendentif lifelink téléphonique standard P,'oi~rdaW ?ul:onJect,ut,=i~'-se-,srr3 &,r~~, ~t g>r:,s~:oFe7 çonsole lifelink Ç Lien RF 2.4Ghz ( Zigbee) . , ., ~, , , _ 1~t t ~:,I~n t ia;mcUuiy.F:
Tfilonone n,u,ir ittre "' ~cer,~~.,r~ _;,r:,-,;,rr;errm";f~ o r~~c~.,:N Modules de surveillance n.~u~...:den;;f.-n.:.;tul.~. d.=sur;,;.,ns,::_=
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Portable lifelink ' ü n ~' Système base téléphonique cellulaire Et:r! ~rr~,.! .
~.rr..,~ -~,~.n~.:rr n~ ;a ai.,.,.i,:,.n_:nnr Pendentiflifeünk t3~lulo - 75r.P'le'F isa~;9arr98r9~ft~ -~:2wir.e ~' ~..
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[~,qdules de surveillance oationnels n c c' 1 r' e r ~ ' ~°'t Lien RF 2.4Ghz ( Zi bee) Ht.e.~ _«,. ~,.E 9 L.a ti~~ure ci-dessous illustre un sujet qui porte la configuration bracelet et pendentif qui communiquent entre eus et avec la base. Cette dernière est reliée au serveur distant.
Centrale de gestion ou site web de gestion _.
Communication RF
entre collier et bracelet.
unidirectionnelle, S basse fréquence, low power i _ Ligne _ "" téléphonique _ pour centrale t~ na«,r, z,ter~E
d'appels ' Communication RF le bracelet et le module _ Intemet de réception 900tv1hz y,,, bidirectioneile ~~"°
transfert des données lors d'un alarme ou transfert des données lors d'une intérogation du système modem Gable ou DSL
r, rv ~,..~,s'r 'v '~ ~\.,, 1~ , ., ,~J : w.
Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 Ci-dessous, une version utilisant les propriétés des technologies de communication de type Crosbow ou Zigbee, permettant la mise en réseau en «mesh» ou en étoile de plusieurs capteurs dans un même environnement et/ou de plusieurs individus dans un environnement du type hébergement pour personnes âgées.
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~ ;-~-:l~~f. a N,, _.
Réseau 900Mhz, type ,-J ~....; crossbow Section reseau de senseurs ( Mesh Networkl Section informatique système de gestion du réseau de senseurs, des appels et base de données du système .....~"","" -,.. ".~. prdinateurs situés dans Rèseau sans-fif 802-i t G les locaux pour accès aux iMormations du serveur central ( réseau éthemet 100-Baser à fip '..-:: >>1f Unftés mobiles -Signature : Date Christian Cloutier Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada, GOS 2J0 ;.~i~~i~:;fls'U ;Il;!11._~:':' tl~Ilie(-0 ;~~ ù~.:l~;ïCV_~.
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