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WO2005020815A1 - Systeme de detection de mouvements respiratoires - Google Patents

Systeme de detection de mouvements respiratoires Download PDF

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WO2005020815A1
WO2005020815A1 PCT/BE2003/000146 BE0300146W WO2005020815A1 WO 2005020815 A1 WO2005020815 A1 WO 2005020815A1 BE 0300146 W BE0300146 W BE 0300146W WO 2005020815 A1 WO2005020815 A1 WO 2005020815A1
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WO
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respiratory
invasive
pir
animals
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PCT/BE2003/000146
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English (en)
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Jean-Philippe Hermanne
Arnaud Tans
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Individual
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    • A61B5/4818Sleep apnoea
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    • A61B5/103Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
    • A61B5/113Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb occurring during breathing
    • A61B5/1135Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb occurring during breathing by monitoring thoracic expansion

Definitions

  • Cardiopulmonary arrest is in most cases the initial stage of death. Sudden death is a natural death that occurs unexpectedly in an active subject. It is increasingly observed in the general population and the causes are multiple:
  • Heart origin coronary affections, rhythm disturbances, .
  • Sudden cardiac death is often the first symptom of coronary artery disease and is responsible for 50% of cardiac deaths. In France, the annual number of sudden death can be estimated at 60,000, 80% of which is of coronary origin.
  • Vascular origin Cerebral or aortic aneurysm rupture
  • Pulmonary origin mass pulmonary embolism, sleep apnea, 10.1.
  • Metabolic origins ionic disorders, alcohol, drugs, poison, CO, ..
  • the respiratory function monitoring technique described below provides a solution both in terms of the cost of the device and the problem of skin connection of electrodes to the patient.
  • the respiratory movement detector is a new concept for observing an individual's physiological respiratory movements, based on the principle of infrared movement detection (PIR technology). Day and night, it can detect the amplification of the chest with each inspiration and expiration as well as the flow of warm air exhaled, both in adults and in newborns, as well as in veterinary medicine. In case of prolonged respiratory arrest of the individual, the electronic system allows the triggering of a local and / or remote alarm.
  • Non-invasive respiratory monitoring without skin contact (“non-invasive patient observation”) of patients hospitalized in standard units (outside of intensive care and middle care).
  • - ⁇ - Non-invasive respiratory monitoring without skin contact (“non-invasive patient observation”) of animals in veterinary medicine
  • - ⁇ - Sleep apnea monitoring of animals in veterinary medicine
  • - ⁇ - Sleep apnea monitoring of animals in veterinary medicine
  • - ⁇ - Sleep apnea monitoring - ⁇ - Home monitoring of sudden deaths in adults.
  • Prevention of sudden death of the newborn in the absence of risk factor or the need for cardiac and respiratory contact monitoring).
  • the operation of the DMR is based on passive infrared motion detector (PIR) passive detection and the initiation of an appropriate response.
  • the equipment can include 3 to 8 PIR detectors (“PIR sensor”) placed around and at a distance (50 to 150 cm) from the thorax and the head of the individual.
  • PIR detectors are of the Heimann or Murata type. They are all connected to a single integrated logic controller (“control logic”) circuit via an interface and an amplifier for PIR sensor.
  • control logic integrated logic controller
  • the PIR sensors must have the greatest possible motion detection, therefore the highest sensitivity (see below). They are equipped with Fresnel lenses increasing their sensitivity to very small movements.
  • control logic is in relation with a relay relay triggering a local or remote alarm by irradio wave (f 1gure 1): 4- If at least one of the PIR detectors in the system detects respiratory or other movement, the electronic circuit keeps the alarm switch relay OFF.
  • the DMR also includes an LED-type indicator light and a discreet audible signal (click) to objectify each movement detection by the individual.
  • the device is powered on the 220 V network, but a backup battery with 24 hour autonomy is also provided.
  • Figures 2 and 3 show a DMR placed on a movable arm placed on a wall. In this situation, the PIR sensors detect movements from above.
  • FIGS 4 and 5 show a DMR arranged in a frame and a bed structure (child's in this case),
  • the PIR sensors here detect movements laterally. A combination of the different detection fields (from above or sideways) is obviously possible in difficult situations. Details of PIR sensors:
  • the DMR can be equipped for example with a double pyroelectric element sensor having a high sensitivity and a rectangular window allowing a finer spectrum.

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Abstract

Le Breath Motion Detecting System (DMDS) est un nouveau concept d'observation des mouvements respiratoires physiologiques d'un individu basé sur principe de détection de mouvements par infra rouge (PIR technology). De jour comme de nuit, il permet de détecter l'ampliation du thorax à chaque inspiration et expiration ainsi que le flux d'air chaud expiré, tant chez l'adulte que chez le nouveau né, ainsi qu'en médecine vétérinaire. En cas d'arrêt respiratoire prolongé de l'individu, le système électronique permet de déclenchement d'une alarme locale et/ou à distance.

Description

SYSTEME DE DETECTION DE MOUVEMENTS RESPIRATOIRES
1. Introduction :
L'arrêt cardio-respiratoire (AR) est dans la majorité des cas l'étape initiale de la mort. La mort subite est une mort naturelle qui survient de façon inattendue chez un sujet en pleine activité. Elle est de plus en plus observée dans la population générale et les causes en sont multiples :
• Origine cardiaque (affections coronaires, troubles du rythme,...). La mort subite d'origine cardiaque serait souvent le premier symptôme de la maladie coronarienne et serait responsable de 50 % des morts d'origine cardiaque. En France, on peut estimer à 60.000 le nombre annuel de mort subite dont 80% d'origine coronarienne. • Origine vasculaire (rupture d'anévrysme cérébral ou aortique) • Origine pulmonaire (embolie pulmonaire massive, apnée du sommeil,...) • Origines métaboliques (troubles ioniques, alcool, drogues, poison, CO,..)
Dans la situation de la mort subite, l'AR se manifeste par une perte de conscience brutale, l'absence de mouvement ventilatoire et l'absence de pouls périphérique. Seul le rétablissement d'une circulation et d'une ventilation efficace îe plus rapidement possible permet d'espérer une survie avec nom ™TOTOTIJITO de séquelles. La prévention en amont de l'accident est bien évidemment capitale.
Le seul moyen actuel de prévention pour les sujets à risque est le monitoring cardiaque et/ou respiratoire à l'aide d'électrodes cutanées de contact. Ces moyens techniques ne sont disponibles pratiquement qu'en milieu hospitalier ou dans certaines situations particulières à la maison. En effet, le coût financier des monitoring et le besoin permanent de contact cutané des électrodes rendent ce moyen de surveillance difficile à grande échelle ou à domicile. Et pourtant de nombreuses situations cliniques au domicile du patient ou en milieu hospitalier (à l'exclusion des soins intensifs) nécessitent une surveillance 24 heures sur 24 heures ou durant le sommeil d'au moins une fonction vitale.
La technique de surveillance de la fonction respiratoire décrite ci-dessous apporte une solution tant au niveau du coût de l'appareillage, que du problème de connection cutanée d'électrodes au patient.
2. Principe :
Le détecteur de mouvement respiratoire (DMR) est un nouveau concept d'observation des mouvements respiratoires physiologiques d'un individu, basé sur le principe de détection de mouvements par infra rouge (PIR technology). De jour comme de nuit, il permet de détecter l'ampliation du thorax à chaque inspiration et expiration ainsi que le flux d'air chaud expiré, tant chez l'adulte que chez le nouveau né, ainsi qu'en médecine vétérinaire. En cas d'arrêt respiratoire prolongé de l'individu, le système électronique permet le déclenchement d'une alarme locale et/ou à distance. 3. Applications :
-φ- Monitoring respiratoire non invasif et sans contact cutané (« non invasive patient observation ») des patients hospitalisés dans des unités banalisées (en dehors des soins intensifs et du middle care). -φ- Monitoring respiratoire non invasif et sans contact cutané (« non invasive patient observation ») d'animaux en médecine vétérinaire -φ- Monitoring des apnées du sommeil. -φ- Monitoring à domicile des morts subites chez l'adulte. -φ Prévention de la mort subite du nouveau né (en l'absence de facteur de risque ou de nécessité d'un monitoring cardiaque et respiratoire de contact).
4. Description :
Le fonctionnement du DMR est basé sur la détection de mouvement passif par infra rouge (passive infra red motion detector : PIR) et de l'initiation d'une réponse appropriée. Le matériel peut comporter 3 à 8 détecteurs PIR (« PIR sensor ») disposés autour et à distance (50 à 150 cm) du thorax et de la tête de l'individu. Les détecteurs PIR sont de type Heimann ou Murata. Ils sont tous reliés à un même circuit intégré de contrôleur logique classique (« control logic ») via un interface et un amplificateur pour PIR sensor. Sur ce nouveau concept, il n'est pas prévu de filtre pour les interférences de fond compte tenu, que dans cette situation, les capteurs PIR doivent avoir la plus grande détection de mouvement possible donc la plus grande sensibilité (voir ci-dessous). Ils sont équipés de lentilles de Fresnel augmentant leur sensibilité aux très petits mouvements. Le « control logic » est en relation avec un relais commutateur déclenchant une alarme locale ou à distance par onde iradio (fϋgure 1): 4- Si au moins un des détecteurs PIR du système capte un mouvement respiratoire ou autre, le circuit électronique garde le relais commutateur de l'alarme sur OFF.
Φ Si aucun détecteur du système ne captent de mouvements respiratoires dans un temps donné (programmation de 10, 20, 30 secondes ), mise sur ON du relais et l'alarme se déclenche localement ou à distance par émission radio.
-Φ- La mise en route de ce système est automatique par capteur de pression au niveau du la literie (poids de l'individu).
Le DMR comporte également un témoin lumineux de type LED et un signal sonore discret (clic) permettant d'objectiver chaque détection de mouvement par l'individu. L'alimentation de l'appareil s'effectue sur le réseau 220 V mais une batterie de secours avec une autonomie de 24 heures est également prévue.
Les figures 2 et 3 représentent un DMR placé sur un bras mobile placé sur un mur. Dans cette situation, les capteurs PIR détectent les mouvements par le haut.
Les figures 4 et 5 représentent un DMR disposé dans un cadre et une structure de lit (d'enfant dans ce cas de figure), Les capteurs PIR détectent ici les mouvements latéralement. Une combinaison des différents champs de détection (par le haut ou en latéral) est évidement possible dans des situations difficiles. Détails des capteurs PIR :
La technologie des capteurs PIR est maintenant bien connue et a été publiée dans de nombreux journaux spécialisés. Les « dual sensor PIR detectors » sont maintenant les plus largement utilisés.
Le DMR peut être équipé par exemple d'un capteur à double élément pyroélectriques possédant une grande sensibilité et une fenêtre rectangulaire permettant un spectre plus fin.
• Spécifications techniques par exemple : o Champ de détection : 51 ° x 51 ° o Sensibilité : 3.9 mVpp o Longueur d'onde : 5-14 μm o Alimentation : 3-15 V o Filtre : 0 o Température d'utilisation : -25 à + 55° C o Lentille Fresnel en polyéthylène, indice de réfraction.

Claims

REVENDICATION
Le détecteur de mouvement respiratoire (DMR) est un nouveau concept de détection de mouvement physiologique respiratoire humain ou animal. Il utilise une technologie reconnue par détecteur infra rouge de type PIR et circuit logique. La revendication de cette invention est l'application de cette technologie pour la détection de mouvement respiratoire chez l'être humain (voir application) ou en médecine vétérinaire (surveillance d'animaux opérés) :
Partie caractérisante de cette revendication : • Pour la réalisation de cet appareillage : Utilisation de détecteurs PIR à haute sensibilité. Utilisation de lentilles. Alarme incorporée et à distance par émission radio. L'interrupteur de l'appareil s'effectue par contacteur de pression sous la literie du patient (le poids du sujet met le système sur ON). Présence dans l'appareillage d'une batterie d'alimentation de secours.
Application de cette revendication : Monitoring respiratoire non invasif et sans contact cutané d'électrodes (« non invasive patient observation ») des patients hospitalisés dans des unités banalisées (en dehors des soins intensifs et du middle care). Monitoring respiratoire non invasif et sans contact cutané d'électrodes (« non invasive patient observation ») d'animaux en médecine vétérinaire Monitoring des apnées du sommeil. Monitoring à domicile des morts subites chez l'adulte. Prévention de la mort subite du nouveau né (en l'absence de facteur de risque ou de nécessité d'un monitoring cardiaque et respiratoire de contact).
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