Les patients atteints de maladies respiratoires ou pulmonaires graves nécessitent un traitement intensif et leur fonction pulmonaire doit être surveillée en permanence. Dans le cadre du projet Pneumo.Vest, les chercheurs de Fraunhofer ont développé une technologie permettant d’enregistrer les bruits dans les poumons à l’aide d’un gilet textile avec des capteurs acoustiques intégrés. Les signaux sont ensuite convertis et affichés visuellement à l’aide d’un logiciel. De cette façon, les patients en dehors des unités de soins intensifs peuvent toujours être surveillés en continu. La technologie augmente les options de diagnostic et améliore la qualité de vie du patient.
Depuis plus de 200 ans, le stéthoscope est un outil standard pour les médecins et, à ce titre, est un symbole de la profession médicale. Dans les drames télévisés des hôpitaux, on voit des médecins se précipiter dans les couloirs avec un stéthoscope autour du cou. Les médecins expérimentés les utilisent en effet pour écouter très précisément les battements du cœur et des poumons et, par conséquent, pour diagnostiquer des maladies.
Maintenant, le stéthoscope reçoit de l’aide. Dans le cadre du projet Pneumo.Vest, des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques IKTS du bureau de Berlin ont développé un gilet textile avec des capteurs acoustiques intégrés, présentant un complément performant au stéthoscope traditionnel. Des capteurs acoustiques piézocéramiques ont été incorporés à l’avant et à l’arrière du gilet pour enregistrer tout bruit produit par les poumons dans le thorax, aussi petit soit-il. Un logiciel enregistre les signaux et les amplifie électroniquement, tandis que les poumons sont représentés visuellement sur un écran. Comme le logiciel connaît la position de chaque capteur individuel, il peut attribuer les données à son emplacement précis. Cela produit une image acoustique et optique détaillée de la situation de ventilation de toutes les parties des poumons. Voici ce qui le rend si spécial : Comme le système recueille et stocke les données de façon permanente, les examens peuvent avoir lieu à tout moment et en l’absence du personnel hospitalier. Pneumo.Vest indique également l’état des poumons sur une période de temps, par exemple au cours des dernières 24 heures. Inutile de dire que l’auscultation traditionnelle peut également être effectuée directement sur les patients. Cependant, au lieu d’effectuer l’auscultation manuellement en différents points avec un stéthoscope, plusieurs capteurs sont utilisés simultanément.
Pneumo.Vest ne cherche pas à rendre le stéthoscope redondant et ne se substitue pas aux compétences de pneumologues expérimentés. Cependant, l’auscultation ou même la tomodensitométrie des poumons ne présentent jamais qu’un instantané au moment de l’examen. Notre technologie apporte une valeur ajoutée car elle permet de surveiller les poumons en continu de la même manière qu’un ECG à long terme, même si le patient n’est pas attaché aux machines de l’USI mais a plutôt été admis dans le service général.
Ralf Schallert, chef de projet chez Fraunhofer IKTS
Sommaire
Les algorithmes d’apprentissage automatique facilitent le diagnostic
Outre les capteurs acoustiques, le logiciel est au cœur du gilet. Il est responsable du stockage, de la représentation et de l’analyse des données. Il peut être utilisé par le médecin pour visualiser les événements acoustiques dans des zones individuelles spécifiques des poumons sur l’écran. L’utilisation d’algorithmes dans le traitement numérique du signal permet une évaluation ciblée des signaux acoustiques. Cela signifie qu’il est possible, par exemple, de filtrer les battements cardiaques ou d’amplifier les plages de fréquences caractéristiques, ce qui rend les sons pulmonaires, tels que le bruissement ou la respiration sifflante, beaucoup plus faciles à entendre.
De plus, les chercheurs de Fraunhofer IKTS développent des algorithmes d’apprentissage automatique. Dans le futur, ceux-ci pourront structurer et classer les bruits ambiants complexes dans le thorax. Ensuite, le pneumologue procédera à l’évaluation finale et au diagnostic.
Sortie de l’unité de soins intensifs
Les patients peuvent également bénéficier de l’alternative au capteur numérique. Lorsqu’ils portent le gilet, ils peuvent récupérer sans nécessiter l’observation constante du personnel médical. Ils peuvent être transférés en division commune et éventuellement être renvoyés chez eux et se déplacer plus ou moins librement. Malgré cela, les poumons sont surveillés en permanence et toute détérioration soudaine peut être immédiatement signalée au personnel médical.
Les premiers tests avec le personnel de la Clinique universitaire d’anesthésiologie et de thérapie intensive de l’Université de Magdebourg ont montré que le concept est un succès dans la pratique. « Les retours des médecins ont été extrêmement positifs. La combinaison de capteurs acoustiques, de visualisation et d’algorithmes d’apprentissage automatique sera en mesure de distinguer de manière fiable une gamme de différents sons pulmonaires », explique Schallert. Le Dr Alexander Uhrig de Charité – Universitätsmedizin Berlin est également satisfait de la technologie. Le spécialiste en infectiologie et pneumologie du célèbre hôpital de la Charité était l’un de ceux qui ont lancé l’idée : « Pneumo.Vest répond exactement à ce dont nous avons besoin. Il sert d’instrument qui élargit nos options de diagnostic, soulage le fardeau de notre personnel hospitalier et facilite des séjours hospitaliers plus agréables pour les patients. »
La technologie a été initialement conçue pour les patients respiratoires, mais elle fonctionne également bien pour les personnes dans les établissements de soins et pour une utilisation dans les laboratoires du sommeil. Il peut également être utilisé pour former de jeunes médecins à l’auscultation.
Besoin accru de dispositifs portables de qualité clinique
Avec Pneumo.Vest, les chercheurs de Fraunhofer IKTS ont développé un produit taillé pour la situation de plus en plus tendue dans les hôpitaux. En Allemagne, 385 000 patients atteints de maladies respiratoires ou pulmonaires nécessitent chaque année un traitement hospitalier. Plus de 60 % sont connectés à un ventilateur pendant plus de 24 heures. Ce chiffre ne tient pas compte de l’augmentation actuelle du nombre de patients respiratoires due à la pandémie de COVID-19. En raison de l’augmentation de l’espérance de vie, l’industrie médicale s’attend également à ce que le nombre de patients âgés souffrant de problèmes respiratoires augmente. Avec l’aide de la technologie de Fraunhofer IKTS, la charge des hôpitaux et, en particulier, des unités de soins intensifs coûteuses peut être soulagée car leurs lits ne seront plus occupés aussi longtemps.
Il convient d’ajouter que le marché de ces dispositifs portables de qualité clinique se développe rapidement. Ce sont des dispositifs médicaux compacts qui peuvent être portés directement sur le corps pour mesurer des signes vitaux tels que le rythme cardiaque, la saturation en oxygène du sang, la fréquence respiratoire ou la température de la peau. En tant que dispositif médical d’utilisation flexible, Pneumo.Vest s’inscrit parfaitement dans cette évolution. Mais ne vous inquiétez pas : les médecins utiliseront toujours le stéthoscope bien-aimé à l’avenir.
Projet de cluster Fraunhofer « M³ Infekt »
Pneumo.Vest n’est qu’une partie du vaste projet de cluster M³ Infekt. Son objectif est de développer des systèmes de surveillance pour le suivi décentralisé des patients.
La base actuelle du projet est le traitement des patients COVID-19. Avec le virus SARS-CoV2, il est courant que même les cas bénins se détériorent soudainement de manière significative. En surveillant en permanence les signes vitaux, toute détérioration de l’état peut être rapidement identifiée et des mesures de traitement rapides peuvent être prises.
M3 Infekt peut également être utilisé pour un certain nombre d’autres symptômes et scénarios. Les systèmes ont été conçus pour être modulaires et multimodaux afin que des biosignaux tels que la fréquence cardiaque, l’ECG, la saturation en oxygène ou la fréquence et le volume respiratoires puissent être mesurés, en fonction du patient et de la maladie.
Au total, dix instituts Fraunhofer travaillent sur le projet de cluster sous la direction de l’Institut Fraunhofer pour les circuits intégrés IIS à Dresde. Klinikum Magdeburg, Charité – Universitätsmedizin Berlin et les hôpitaux universitaires d’Erlangen et de Dresde sont impliqués en tant que partenaires cliniques.
