Dans une étude récemment publiée dans la revue Médecine naturelleles chercheurs ont introduit un système de capteurs acousto-mécaniques à large bande sans fil (BAMS) pour une surveillance physiologique continue.
Chez les nouveau-nés et les enfants, les problèmes cardiovasculaires et gastro-intestinaux constituent les principales causes de décès au cours des cinq premières années de la vie. L’utilisation de systèmes de surveillance continue facilite les décisions cliniques. Les systèmes hospitaliers actuels utilisent des capteurs, des câbles et des fils connectés aux moniteurs. Heureusement, les progrès de la bio-ingénierie ont conduit au développement de capteurs sans fil connectés à la peau pour détecter simultanément différentes classes de signaux.
Les stéthoscopes numériques, y compris les modèles portables, peuvent fournir des informations (complémentaires) sur l’obstruction des voies respiratoires, la motilité intestinale, l’activité cardiaque et les bruits pulmonaires accidentels. Cependant, en raison de certaines limitations, ils ne peuvent pas être utilisés pour une surveillance continue, de sorte que l’utilisation clinique des sons corporels se fait généralement au moyen de mesures périodiques.
Un professionnel de la santé place les appareils portables sur la poitrine d’un patient pour capturer les sons associés à la respiration dans les poumons. Source de l’image : Universités du Nord-OuestVille, études : Système de capteurs acousto-mécaniques à large bande sans fil pour une surveillance physiologique continue
L’étude et les résultats
Dans la présente étude, des systèmes BAMS sans fil ont été introduits pour une surveillance physiologique continue. Le système BAMS peut capturer une large gamme de signaux, depuis les mouvements lents du corps (environ 0,01 Hertz (Hz)) jusqu’aux sons corporels à haute fréquence (jusqu’à 1 kHz). Attacher doucement l’appareil à l’encoche suprasternale pourrait permettre la mesure simultanée des bruits respiratoires et cardiaques.
Le placement de dispositifs synchronisés dans le temps sur l’abdomen pourrait permettre une surveillance spatio-temporelle des bruits gastro-intestinaux. Dans une mise en œuvre avancée, 13 dispositifs pourraient être placés à divers emplacements cibles dans la poitrine postérieure et antérieure pour surveiller la santé pulmonaire, la progression de la maladie et la rééducation. Cette mise en œuvre (avancée) peut être appliquée aux patients de tous âges, y compris les nouveau-nés admis en unité de soins intensifs néonatals (USIN).
Le dispositif BAMS comprend des microphones orientés vers le corps et l’environnement, une unité de mesure inertielle, une mémoire flash, une antenne de chargement sans fil et un système sur puce Bluetooth standard à faible consommation d’énergie monté sur une carte de circuit imprimé. Les microphones capturent le son dans deux directions et un algorithme de filtrage adaptatif minimise la contribution du bruit corporel au bruit ambiant et vice versa.
Le système BAMS peut être utilisé dans des scénarios quotidiens et permet de surveiller des paramètres standards (fréquence respiratoire, fréquence cardiaque) et des mesures autonomes telles que le couplage cardiorespiratoire, la déglutition et la variabilité de la fréquence cardiaque (VRC). Le système peut être utilisé pour diverses activités telles que le sommeil et l’exercice. En outre, les chercheurs ont comparé les données BAMS d’un nouveau-né admis à l’USIN avec les lectures des moniteurs cliniques approuvés par la Food and Drug Administration (FDA).
L’intensité sonore et l’intervalle respiratoire déterminés par le dispositif BAMS étaient en corrélation avec les pauses respiratoires et le débit d’air. De plus, l’appareil a démontré une surveillance fiable de la fréquence cardiaque, des bruits respiratoires et d’autres paramètres sur une période plus longue (de trois heures) dans une cohorte de cinq nouveau-nés admis à l’USIN. Les bruits respiratoires concordaient bien avec les mouvements thoraciques et les données de la pléthysmographie d’induction respiratoire et de la température nasale.
Une analyse plus approfondie a montré que les bruits intestinaux détectés par les appareils BAMS étaient en corrélation avec les signaux électromyographiques de l’abdomen adulte. En outre, les chercheurs ont utilisé 13 appareils connectés à 35 patients atteints d’une maladie pulmonaire chronique et à 20 personnes en bonne santé. Les données provenant d’un sujet sain ont montré des distributions similaires d’intensités sonores, de mouvements de la paroi thoracique et de fréquences sonores sur les côtés droit et gauche du corps.
Des mesures similaires sur des patients ayant subi une résection chirurgicale des poumons et sur ceux souffrant de maladies pulmonaires chroniques reflétaient leur état. Un participant ayant subi une chirurgie de résection du lobe supérieur gauche et du lobe inférieur et supérieur droit a démontré une fonction pulmonaire inférieure dans les lobes retirés, entraînant une réduction de l’intensité sonore et des débits d’air.
Une analyse comparative des données provenant de sujets sains et de patients atteints de maladies pulmonaires chroniques a mis en évidence l’importance du volume du flux d’air, de la fréquence sonore et du débit d’air dans le diagnostic des maladies pulmonaires restrictives et obstructives. Ces résultats étaient basés sur les données des dispositifs BAMS placés dans la région postérieure (inférieure et supérieure) de la poitrine et de l’encoche suprasternale, avec des mesures séparées du débit d’air et du volume d’écoulement à l’aide d’un débitmètre de pointe.
L’énergie sonore pourrait en outre être calculée en intégrant l’intensité sonore au fil du temps. Ces paramètres pourraient aider à suivre la progression de la maladie et la réponse au traitement. La mesure du volume et du débit d’air peut également faciliter le suivi de l’indice de Tiffeneau-Pinelli. Les intensités sonores au niveau de l’encoche suprasternale étaient plus élevées chez les participants en bonne santé que chez les patients atteints d’une maladie pulmonaire chronique, avec une intensité moyenne de 54 décibels (dB).
Cependant, les intensités moyennes étaient de 38 dB chez les patients atteints d’une maladie pulmonaire chronique sans résection pulmonaire, de 36 dB chez les patients ayant subi une résection du poumon supérieur droit et de 30 dB chez les patients ayant subi une résection du poumon supérieur gauche. La fréquence expiratoire dominante supérieure droite était de 219 Hz chez les participants en bonne santé et de 256 Hz chez les patients atteints de maladies pulmonaires chroniques. Des analyses plus approfondies à divers endroits des poumons ont montré des différences nettes entre les patients atteints de maladies pulmonaires chroniques et les volontaires sains.
Conclusions
L’étude a présenté une technologie permettant de mesurer simultanément les bruits et les mouvements du corps en tant que source de signaux physiologiques pouvant être appliquée à la maison et à l’hôpital. De nombreuses études de caractérisation et mesures comparatives ont confirmé la précision du système BAMS. Dans l’ensemble, la combinaison d’une paire de microphones, d’un algorithme de séparation du son, de processus synchronisés dans le temps et d’un petit formulaire avec une interface cutanée crée des possibilités uniques pour la surveillance (continue) des patients.