La fréquence respiratoire est un signe vital important qui, s’il fait l’objet d’une surveillance appropriée, peut aider à prédire des événements cliniques indésirables.
Les capteurs inertiels ouvrent la porte au développement de systèmes de surveillance de la respiration peu coûteux, portables et faciles à utiliser.
Le présent article propose un nouvel algorithme de traitement indépendant de la posture pour l’extraction des paramètres temporels respiratoires à partir des signaux de changement d’inclinaison de la paroi thoracique mesurés à l’aide d’unités de mesure inertielle.
Une étape importante de l’algorithme de traitement est la réduction de dimension qui permet d’extraire un seul signal respiratoire à partir de données provenant de multiples capteurs.
Procédure
Le système utilisé dans cette étude est composé de trois unités de capteurs qui communiquent via Bluetooth avec un smartphone.
Deux des trois unités de capteur (unités périphériques) sont dédiées à l’enregistrement des mouvements respiratoires liés à la paroi thoracique et sont placées sur le thorax et sur l’abdomen pour enregistrer des informations respiratoires sur les deux compartiments.
La troisième unité de capteur (unité centrale de référence) est placée sur une zone du corps qui ne participe pas aux mouvements respiratoires, comme le bassin.
La mesure des mouvements de la paroi thoracique, liée aux compartiments abdominaux et thoraciques, permet de prendre en compte le type de mouvements respiratoires sur deux degrés de liberté, agissant indépendamment.
L’enregistrement des mouvements de la paroi thoracique à différents niveaux permet une estimation plus précise du signal respiratoire et permet d’étudier les asynchronies entre les compartiments, caractéristiques de différentes conditions pathologiques.
L’unité centrale de référence peut être utilisée pour faire la distinction entre les conditions statiques et dynamiques et pour rendre compte de l’état d’activité du sujet.
Chaque unité est composée d’une carte de circuit imprimé équipée d’un microcontrôleur à faible consommation, d’un module Bluetooth à faible énergie, d’un accéléromètre à 3 axes, d’un gyroscope à 3 axes et d’un magnétomètre à 3 axes, et d’une batterie lithium polymère rechargeable.
L’unité centrale de référence intègre également un connecteur de carte SD pour l’enregistrement des données.
Les dimensions de chaque unité périphérique, comprenant le boîtier (imprimé en 3D), sont de 41 mm × 33 mm × 19 mm pour un poids de 25 g. L’’unité centrale de référence est un peu plus grande (45 mm × 45 mm × 15 mm) et pèse 35 g.
Validité
Le système a été comparé à la pléthysmographie optoélectronique (voir les photos dans l’étude pour comprendre que c’est tout sauf pratique…), examen de référence.
Cela s’est fait auprès d’un groupe de sujets en bonne santé.
L’une des méthodes choisies pour déterminer la fréquence respiratoire présentait en moyenne moins de 2 respirations par minute en erreur absolue, une excellente corrélation à l’aide du coefficient de Pearson (r> 0,963) comme d’une analyse de type Bland-Altman.
Références bibliographiques
Cesareo A, Previtali Y, Biffi E, Aliverti A. Assessment of Breathing Parameters Using an Inertial Measurement Unit (IMU)-Based System. Sensors (Basel). 2018 Dec 27;19(1). pii: E88. doi: 10.3390/s19010088.
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