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CA 02486949 2004-12-09
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Sainte-Marie le 28 novembre 2004
mdustry Industrie tV~~1lJ.. Yl~/I/D
Canada Canada
Office de la propriété intellectuelle I i 2004/12/09
Pila e du Porta e 1 I~I~~I 344- 04
g
50. rue Victoria nPO OPIC 000106970
Bureau C227, 2e étage
Hull, Québec, K1A OC9
La présente est une demande de brevet partiel selon l'article 93 de la loi des
brevets.
Invention : Système et Méthode pour la détection des chutes et du suivi des
niveaux d'activité à
distance chez des personnes en perte d'autonomie
Activité inventive : L'activité inventive réside dans la configuration et le
positionnement des
composantes du système, dans l'agencement des capteurs et dans la méthode de
traitement des signaux
obtenus.
Chute
La méthode de détection des chutes utilise pour la première fois l'onde de
choc comme
critère déterminant pour la détection des chutes et le processus décisionnel
s'applique par
logique floue, au lieu de valeurs seuil fixes comme déterminants comme c'est
le cas dans les
inventions précédentes.
Les signaux sont obtenus à partir de modules) dans des combinaisons de
position suivantes
un module principal à la base de la nuque, qui est intégré dans le cordon d'un
pendentif et
un ou plusieurs autres modules localisés au niveau du diaphragme et/ou du
poignet et/ou de la
cuisse. Cette nouvelle combinaison de sites permet de détecter le changement
de position du
tronc et d'intégrer, pour la première fois, les mouvements de protection du
sujet dans la
caractérisation et la reconnaissance des chutes.
Les capteurs utilisés sont des accéléromètres 2 ou 3 axes et de(s)
gyroscope(s). Les
combinaisons d'accéléromètres et du nombre de gyroscopes d'un module peuvent
varier
selon le site de positionnement ou le sujet visé (caractéristiques dynamiques
et de stade de
perte d'autonomie).
Niveaux d'activité
Le même système permet d'obtenir des données sur la dynamique de mouvement de
l'individu. Par logique floue et par des valeurs seuils, la fréquence et la
vitesse et
l'orientation dans l'espace des mouvements du tronc et des membres sont
utilisés pour
définir des niveaux de mouvement, de nul à intense. L'approche de capteur dont
les
localisations sont donné plus haut augmente de façon significative la
précision de
détermination des sous niveaux d'activité du sommeil (phase et qualité du
sommeil ) et
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Canada, GOS 2J0
CA 02486949 2004-12-09
d'activité faible (repos, écriture, ...) qui caractérisent la clientèle en
perte d'autonomie et
permettent d'identifier des niveaux critiques. Les niveaux critiques
regroupent entre autre,
l'absence totale de mouvement (défaut système ou mort), battements respiration
(apnée),
respiration sans mouvement minimal (coma, perte de conscience),
l'hyperactivité.
Par ailleurs, une classification préalable des sujets selon leur niveau
d'autonomie
physique (ISO-SMAF) permet d'ajuster les paramètres discriminant aux
caractéristiques propres de l'individu et raffiner l'interprétation des sous
niveaux.
Inversement, le système pourra être utilisé pour classifier ou re-classifier
les individus dans
l'évaluation ISO-SMAF.
Des analyses nycthémérales ou circadiennes peuvent ainsi être réalisées de
façon à obtenir
des patrons d'activité dans le temps et permettre la comparaison du même sujet
dans le
temps et identifier des variation anormales ou non désirées.
La reconnaissance d'activité (marche, alimentation, sommeil..) est aussi
rendue possible par
une analyse des mêmes signaux grâce à un processus décisionnel et
d'identification basée sur
les réseaux de neurones (HML, HTM ), en combinaison avec l'analyse par logique
floue ou de
valeurs seuil significatives. L'analyse des patrons d'activité nécessite une
puissance plus élevée
du processeur et de mémoire et est effectuée dans un site distant et rendu
disponible à distance
par réseau Internet.
Domaines d'application
La méthode s'applique aux suivis des sujets en perte d'autonomie physique qui
présentent des risques de
chute ou de perte de conscience et qui pourraient ne pas pouvoir procéder eux
même à une demande
d'aide. Les personnes âgées, en perte d'autonomie, en réhabilitation, les
travailleurs en environnement
dangereux, le personnel de sécurité sont des sujets privilégiés pour utiliser
des appareils qui soient
dérivés de la configuration préférentielle présentée ici. Les gens atteints de
déficit cognitif, comme la
démence ou la maladie d'Elzheimer, ou autre maladie débilitante et pour
lesquelles un suivi à distance
est souhaitable ou comme support pour leur maintien à domicile, sont
particulièrement visés par la
présente invention.
Brève description
1-Fonction de détection de chute
Cette technologie est destinée à surveiller une personne en utilisant un (ou
des)
capteurs) munis) d'un accéléromètre 2 ou 3 axes et de un ou plusieurs
gyroscope(s), d'un processeur, de mémoire et d'un module de communication sans
fil.
Cette invention permet de détecter une chute et d'informer sur le niveau
d'activité
d'une personne.
Le capteur fournit des signaux analogiques provenant d'un accéléromètre 3 axes
et de
deux gyroscopes. Cette information est numérisée par un convertisseur
analogique-
numérique. Ces nouvelles données temporelles sont placées dans une pile qui
agit
comme une mémoire à court-terme et dont la taille définit la durée en seconde.
t
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Canada, GOS 2J0 1 '
' CA 021486949 2004-12-09
Gx ii' -.
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G° ' ~ _, ~~ Chute
Création d'un i Système
Capteur vecteur de décisionnel
~ ~ caractéristiques I ~/~
' _ ~/
~, Activité j
I, ' .; '~ /
Figure 1 : Principe
Des algorithmes de bas-niveau sont appliqués sur le contenu de la pile dans le
but
d'extraire de l'information sur le comportement et la posture de la personne.
Un
vecteur de caractéristiques est alors crée à partir de ces données. Ce dernier
contient
~ Contenu fréquentiel: I1 sert à définir l'activité de la personne : Ces états
sont
définis par l'absence d'activité, le repos, les éveils modérés et actifs. Ils
sont
définis par le contenu fréquentiel du mouvement du corps de la personne.
he~:3:.T!-:~E7f3&~' Ci~'a~~VQiI'1f
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a ~ ,
Q ; tt~ 1~
Figure 2 : Activités
~ Changement de position du tronc: L'accéléromètre permet de définir
l'orientation dans l'espace du capteur et donc de la personne en fonction de
la
gravité et d'une connaissance a priori de la position du capteur.
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Canada, GOS 2J0
CA 02'486949 2004-12-09
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S - . u\ f~
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Position debout Position couché
Figure 3 : Changement de position
~ Vitesse angulaire du tronc: Cet élément permet de savoir si un changement de
position est contrôlé ou non.
~ Amplitude d'une onde de choc: Une chute est caractérisée par une onde de
choc et surtout son amplitude.
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0 7~0 200 300 400 500 fi00 7D5 B00 AO tOp ë70 30A dDJ 500 600 7p0 A00
temps
Signal d'entrée Signal de détection de l'onde de choc
Figure 4 : Onde de choc
~ Nombre d'ondes de choc: Lors d'une activité importante ou de contacts
répétés sur le capteur, plusieurs ondes de choc peuvent être crées. Cet
élément
permet de réduire les fausses alarmes.
Ce vecteur de caractéristiques est ensuite traité pour déterminer si la
personne est en
situation de chute et ensuite pour donner une indication du type d'activité
exercée par
la personne. Le système décisionnel utilise la logique floue pour déterminer
les deux
variables de sortie (Chute, Activité).
Inventeur
. Christian Cloutier, 660 des Erables, St-Elzéar de Beauce, Québec, Canada,
GOS 2J0 t
CA 02486949 2004-12-09
Contenu fréquentiel
Changement de position
Intelligence ~ Chute
(mandani)
Vitesse angulaire
Amplitude de l'onde de choc Activité
Nombre d'ondes de choc
Figure 5 : Système décisionnel
2- Fonction de suivi et identification des niveaux d'activité
Le dispositif est destiné à identifier des niveaux d'activité critiques (coma,
absence minimale de mouvement sur une période de temps, absence de
mouvement respiratoire) à dresser le profil nycthéméral d'activités
quotidiennes d'un individu dans la perspective de
1 ) Détecter ponctuellement des changements ou variations importantes
dans celui-ci suggérant une détérioration significative de l'état de bien-
être de l'individu.
2) Transmettre périodiquement aux autorités compétentes (aidant naturel,
médecin, centre de télésurveillance) un synoptique de l'évolution des
composantes du profil nycthéméral d'activités quotidiennes pondéré en
fonction du niveau d'autonomie fonctionnelle initiale de l'individu afin
que celles-ci puissent détecter des changements dans l'autonomie
fonctionnelle de personnes âgées.
Le profil nycthéméral d'activités quotidiennes est défini comme la
répartition,
sous la forme d'un chronogramme, des niveaux d'activités enregistrés au sein
d'une période de 24 heures (figure 1 )
v.
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Canada, GOS 2J0 ~
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Figure 6
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Canada, GOS 2J0
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repart ~ ura plan rte r~f~rer~ee
Figure 7
Chaque indicateur forme un vecteur de caractéristique qui est ensuite
interprété par un système décisionnel par un réseau de neurones pour
déterminer l'état général du sujet (état d'éveil vs état de sommeil), le
niveau
d'activités enregistré pour une période donnée (inactif, actif faible, actif
modéré et actif élevé) et son évolution dans une période de temps donnée. A
titre d'exemple, 1e tableau suivant caractérise les variables de sortie
2 états
Etat critique : problématique ou niveau d'activité exprimant un état de bien-
être potentiellement compromis
Etat normal : regroupe l'expression de bien-être par les différents niveaux de
mouvement et représentable sous forme de profil nycthéméral d'activité
3 phases
Phase d'absence de mouvement : Aucune détection de mouvement ;
défaillance de système ou mortalité
Phase de repos : battement cardiaque, mouvement respiratoire, mouvement
minimum du corps (cycle de sommeil)
Phase d'éveil : Mouvement du corps et / ou des membres caractérisés selon ',
leur fréquence, vitesse et orientation.
Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Erables, St-Elzéar de Beauce, Québec,
Canada, GOS 2J0
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ï niveaux d'activité
Nul : absence de mouvement de surface lié au battement cardiaque
Apnée : battements cardiaques sans mouvement respiratoire
Comateux : mouvements respiratoires sans ou avec très peu de mouvement
corporel
Sommeil : mouvement minimum dans le temps, correspondant aux cycles de
sommeil, fréquence vitesse et orientation non soutenus et aléatoire,
dominance du mouvement respiratoire dans le temps, observation de
roulis et lacet sporadiques, tangage absent position couché ou assise
Niveau d'activité faible : mouvement de fréquence et vitesse faible et non
soutenus. Changements de position peu fréquents
Niveau d'activité modéré : fréquence et vitesse de mouvement soutenus,
changements d'orientation et/ou de position fréquents.
Niveau d'activité élevé : fréquence et vitesse des mouvements élevées,
changement de position et/ou d'orientation fréquents.
Note : niveaux applicables dans le cadre d'une interprétation contextuelle
et de reconnaissance d'activité, caractérisation de sous niveaux propres au
sujet par auto apprentissage.
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1 Critique
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Post
traitement
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Analyse comportemental à long terme a-
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Figure 2 : Fonctionnalité
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La figure suivante récapitule les différents aspects de l'invention
___..._.__ ~._. __, __.....- _..-
Piézoélectriques ~~ Accéléromètres . Gyroscope
i
~. _ __..-_
~ Variables
Cration du vecteur de de sortie
~
I I
caractristiaues : ArrAtcardieque
' Repos/Sommeil
Changementde position i veil
I V itesse de dplacem I Activit faible
ent
P o s i t i o n d e A c t i v
I a p e r s o n n e It m o d
6 r e
dans l'espace ,
Activit leve
Frquence des signaux '
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~ _-_ _..__
_-
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....-
._
_
_
I i
Figure 8
Concrétisation préférentielle
Schématique du capteur principal qui comprend un G senseur 3 axes et un
gyroscope, positionné à la
base de la nuque, dans le cordon d'un pendentif. Le pendentif comprend les
éléments de communication
RF vers la base, un processeur, l'alimentation et une fonction d'appel d'aide
volontaire. La base est
reliée au réseau par lien téléphonique et par Internet à un serveur distant
pour l'échange de données.
L'accès au serveur central est contrôlé et permet de consulter à distance les
données et le profil des
sujets. L'interface permet aussi d'envoyer des messages et des consignes aux
différentes composantes
du système. Le système détecte automatiquement les chutes et les niveaux
d'activité critiques et exécute
une demande d'intervention (alarme). Une fonction de «reminder» modifiable et
programmable à
distance permet de supporter les sujets atteints de déficit cognitif. Des
fonctions de télé-intervention
sont donc rendues possibles. La base comprend aussi des composantes qui
permettent un traitement
plus élaboré des données et alarmes reçu du module porté par l'utilisateur,
des capacités de
communication vocale bi-directionnelles et agir comme socle pour une base
mobile de type cellulaire.
Cette base mobile offre les même fonctions et intègre la localisation par GPS
pour un suivi à l'extérieur
des bâtiments.
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Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec,
Canada, GOS 2J0
' CA 02486949 2004-12-09
Systèmes l.ifeLink Systems
Schéma du svtème rëvision 0
t3ase de r~ceation
Prise tèlëphonique
BIoC
d'alimentation ~ Haut-parleur
mural
Module téléphonique
Micro
Alimentation j.~-p~ Module processeur .,~.~r~ Module RF
Socle de réception module ~~ Interface usager
cellulaire
~~f
G-sensor 3 axes
et Gyroscope
Module RF
Processeur Bouton
d'appel
Alimentation
La figure suivante illustre le système dans ses fonctionnalités de base fixe
et mobile
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Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec,
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Descriation svstëme Lifelink
Système base
Pendentif lifelink
téléphonique standard
P,'oi~rdaW ?ul:onJect,ut,=i~'-se-,srr3
&,r~~, ~t g>r:,s~:oFe7
çonsole lifelink
Ç Lien RF 2.4Ghz ( Zigbee)
. , .,
~, , ,
_ 1~t t ~:,I~n t ia;mcUuiy.F:
Tfilonone n,u,ir ittre "'
~cer,~~.,r~ _;,r:,-,;,rr;errm";f~ o r~~c~.,:N Modules de surveillance
n.~u~...:den;;f.-n.:.;tul.~. d.=sur;,;.,ns,::_=
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t;r I rint.:~ tY..r, ~.~mu;a
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Portable lifelink ' ü n ~'
Système base
téléphonique cellulaire Et:r! ~rr~,.! .
~.rr..,~ -~,~.n~.:rr n~ ;a ai.,.,.i,:,.n_:nnr Pendentiflifeünk
t3~lulo - 75r.P'le'F isa~;9arr98r9~ft~ -~:2wir.e
~' ~..
..
Lien RF 2.aGh2 ( Ziybee) 's4~
[~,qdules de surveillance
oationnels
n
c c' 1
r' e r ~ ' ~°'t Lien RF 2.4Ghz ( Zi bee)
Ht.e.~ _«,. ~,.E 9
L.a ti~~ure ci-dessous illustre un sujet qui porte la configuration bracelet
et pendentif qui communiquent
entre eus et avec la base. Cette dernière est reliée au serveur distant.
Centrale de gestion ou site
web de gestion
_.
Communication RF
entre collier et
bracelet.
unidirectionnelle,
S basse fréquence, low
power
i _ Ligne _
"" téléphonique
_ pour centrale t~ na«,r, z,ter~E
d'appels '
Communication RF le
bracelet et le module _ Intemet
de réception 900tv1hz y,,,
bidirectioneile ~~"°
transfert des données lors
d'un alarme ou transfert des
données lors d'une
intérogation du système
modem Gable ou DSL
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rv ~,..~,s'r
'v '~ ~\.,,
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Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec,
Canada, GOS 2J0
CA 02486949 2004-12-09
Ci-dessous, une version utilisant les propriétés des technologies de
communication de type Crosbow ou
Zigbee, permettant la mise en réseau en «mesh» ou en étoile de plusieurs
capteurs dans un même
environnement et/ou de plusieurs individus dans un environnement du type
hébergement pour personnes
âgées.
.,,~',, :
~ ;-
~-:l~~f. a N,,
_.
Réseau 900Mhz, type
,-J ~....; crossbow
Section reseau de
senseurs ( Mesh Networkl
Section informatique
système de gestion du
réseau de senseurs, des
appels et base de
données du système
.....~"","" -,.. ".~. prdinateurs situés dans
Rèseau sans-fif 802-i t G les locaux pour accès aux
iMormations du serveur
central ( réseau éthemet
100-Baser à fip
'..-:: >>1f
Unftés mobiles -
Signature : Date
Christian Cloutier
Inventeur : Christian Cloutier, 660 des Érables, St-Elzéar de Beauce, Québec,
Canada, GOS 2J0
CA 02486949 2004-12-09
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