Dans une étude récente publiée dans la revue Médecine naturelleles chercheurs ont présenté un système de détection acousto-mécanique à large bande sans fil (BAMS) pour une surveillance physiologique continue.
Chez les nouveau-nés et les enfants, les problèmes cardiovasculaires et gastro-intestinaux sont les principales causes de décès au cours des cinq premières années de vie. L’utilisation de systèmes de surveillance continue aide à orienter les décisions cliniques. Les systèmes hospitaliers actuels utilisent des capteurs, des câbles et des fils connectés aux moniteurs. Cependant, heureusement, les progrès de la bio-ingénierie ont conduit au développement de capteurs sans fil à interface cutanée destinés à l’acquisition simultanée de 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 fortuits. Cependant, ils ne peuvent pas être utilisés pour une surveillance continue en raison de certaines limitations et, par conséquent, l’utilisation clinique du son corporel se fait généralement par le biais de mesures périodiques.
Un agent de santé place les appareils portables sur la poitrine d’un patient pour capter les sons associés à la respiration dans les poumons. Crédit d’image : Univers du Nord-Ouestity, Étude : Système de détection acousto-mécanique à large bande sans fil pour une surveillance physiologique continue
L’étude et les résultats
La présente étude a introduit des systèmes BAMS sans fil 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]) aux sons corporels à haute fréquence (jusqu’à 1 kHz). Une adhérence douce du dispositif au niveau de l’encoche suprasternale pourrait permettre une mesure simultanée des bruits respiratoires et cardiaques.
La mise en place 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 appareils pourraient être placés sur des sites cibles de 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 tout âge, 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 des sons corporels aux sons ambiants et vice versa.
Le système BAMS peut être utilisé dans des scénarios de la vie quotidienne, permettant la surveillance de paramètres standards (fréquence respiratoire, fréquence cardiaque) et de mesures autonomes, telles que le couplage cardiorespiratoire, la déglutition et la variabilité de la fréquence cardiaque (VRC). Le système peut fonctionner sur 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 aux 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 corrélés aux pauses respiratoires et au débit d’air. De plus, l’appareil a démontré une surveillance fiable des fréquences cardiaques, des bruits respiratoires et d’autres paramètres sur une période prolongée (de trois heures) dans une cohorte de cinq nouveau-nés admis à l’USIN. Les bruits respiratoires correspondaient bien aux mouvements thoraciques et aux données de pléthysmographie d’inductance respiratoire et de température nasale.
Des analyses plus approfondies ont montré que les bruits intestinaux capturés par les appareils BAMS étaient corrélés aux signaux d’électromyographie provenant de l’abdomen d’un adulte. De plus, les chercheurs ont utilisé 13 appareils montés sur 35 patients atteints de maladies pulmonaires chroniques et 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 provenant des 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 des lobes inférieur et supérieur droits a montré une fonction pulmonaire inférieure dans les lobes retirés, réduisant l’intensité sonore et les 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 reposaient sur les données des dispositifs BAMS placés sur les régions postérieures (inférieures et supérieures) 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 également 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 d’air 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, avec une intensité moyenne de 54 décibels (dB) que chez les patients atteints d’une maladie pulmonaire chronique.
Cependant, les intensités moyennes étaient de 38 dB chez les patients atteints de maladies pulmonaires chroniques sans résection pulmonaire, de 36 dB chez les patients ayant subi une résection du poumon supérieur droit et de 30 dB chez les sujets ayant subi une résection du poumon supérieur gauche. La fréquence expiratoire dominante supérieure postérieure droite était de 219 Hz chez les participants en bonne santé et de 256 Hz chez les patients atteints d’une maladie pulmonaire chronique. Des analyses plus approfondies à différents endroits des poumons ont révélé des différences marquées entre les patients atteints de maladies pulmonaires chroniques et les sujets sains.
Conclusions
L’étude a présenté une technologie permettant de mesurer simultanément les sons et les mouvements du corps en tant que source de signaux physiologiques, avec une applicabilité à domicile 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, d’opérations synchronisées dans le temps et d’une petite forme à interface cutanée crée des possibilités uniques pour la surveillance (continue) des patients.
