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Multi-sensors acquisition, data fusion, knowledge mining and alarm triggering in health smart homes for elderly people - 23/03/08

Jacques Demongeot 1, , Gilles Virone, Florence Duchêne, Gila Benchetrit, Thierry Hervé, Norbert Noury, Vincent Rialle
Laboratoire TIMC-IMAG, UMR CNRS 5525, faculté de médecine, université Joseph-Fourier de Grenoble, 38700 La Tronche, France 

*Corresponding author

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Abstract

We deal in this paper with the concept of health smart home (HSH) designed to follow dependent people at home in order to avoid the hospitalisation, limiting hospital sojourns to short acute care or fast specific diagnostic investigations. For elderly people the project of such a HSH has been called AISLE (Apartment with Intelligent Sensors for Longevity Effectiveness). For this purpose, system having three levels of automatic measuring (1) the circadian activity, (2) the vegetative state, and (3) some state variables specific of certain organs involved in precise diseases, has been developed within the framework of a 'Health Integrated Smart Home Information System' (HIS2). HIS2 is an experimental platform for technologic development and clinical evaluation, in order to ensure the medical security and quality of life for patients who need home based medical monitoring. Location sensors are placed in each room of the HIS2, allowing the monitoring of patient's successive daily activity phases within the patient's home environment. We proceed with a sampling in an hourly schedule to detect weak variations of the nycthemeral rhythms. Based on numerous measurements, we establish a mean value with confidence limits of activity variables in normal behaviour permitting to detect for example a sudden abnormal event (like a fall) as well as a chronic pathologic activity (like a pollakiuria), allowing us to define a canonical domain within which the patient's activity is qualified to be ‘predictable'. Alerts are set off if the patient's activity deviates from a predictable canonical domain. Moreover, we can follow the cardio-respiratory state by measuring the intensity of the respiratory sinusal arrhythmia in order to quantify the integrity of the bulbar vegetative system, and we finally propose to carefully watch abnormal symptoms like arterial pressure or presence of plasma proteins in the expired air flow for early detecting respectively hypertension or pulmonary oedema.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Cet article traite du concept d'appartement intelligent pour personnes dépendantes, en particulier âgées (pour lesquelles le projet est appelé AILE - appartements intelligents pour une longévité effective), dans le but d'éviter l'hospitalisation, en limitant les séjours hospitaliers aux soins aigus de court séjour et aux investigations diagnostiques spécifiques rapides. Pour cela, un système comportant trois niveaux de mesure automatique (1) de l'activité circadienne, (2) de l'état végétatif et (3) de variables spécifiques de certains organes impliqués dans des maladies précises a été développé dans le cadre d'un système d'information domotique-santé intégrée à domicile (SID2). Le SID2 est une plate-forme expérimentale, destinée au développement technologique et à l'évaluation clinique, en vue d'assurer la sécurité médicale et la qualité de vie de patients nécessitant une surveillance à domicile des phases successives de leur activité journalière. Nous réalisons un échantillonnage horaire pour détecter de faibles variations des rythmes nycthéméraux. Sur la base de nombreux enregistrements, nous établissons une valeur moyenne et un intervalle de confiance des variables liées à l'activité normale, pour repérer par exemple un événement soudain anormal (comme une chute) ou une activité chronique pathologique (comme une pollakiurie) permettant de définir un domaine d'activité « prédictible » canonique. Des alertes sont déclenchées lorsque l'activité du patient dévie d'un domaine prédictible canonique. De plus, nous pouvons suivre l'état cardio-respiratoire du patient en mesurant l'intensité de l'arythmie sinusale respiratoire pour quantifier l'intégrité du système bulbaire végétatif, et nous proposons enfin de surveiller soigneusement des symptômes anormaux tels que la pression artérielle ou la présence de protéines plasmatique dans l'air expiré, de manière à détecter précocement une hypertension ou un œdème pulmonaire, respectivement. Les travaux et réflexions présentés s'appuient sur une expérience concrète de réalisation de la plate-forme technologique expérimentale pour la télésurveillance médicale de personnes à leur domicile. Cette expérience, après des premiers travaux au début des années 90, a été mise en place depuis deux ans à la faculté de médecine du CHU de Grenoble. Toute personne fragilisée par une atteinte chronique, une perte d'autonomie due à la vieillesse ou par un risque médical passager ou durable, peut être concernée par le maintien au domicile. D'autre part, tout patient de long séjour chronique ou gériatrique est également susceptible, si le suivi hospitalier n'a pas montré d'alarme pendant une période suffisamment longue, de bénéficier d'un retour à domicile, pour y être surveillé avec l'essentiel des capteurs de sa chambre hospitalière. Issue à son origine du mariage entre capteur intelligent et système d'information médicale, l'activité de recherche présentée suppose une étude approfondie des besoins des acteurs concernés (patients, médecins, « aidants » familiaux, paramédicaux, sociaux...), ainsi qu'une attention particulière portée à l'éthique. Cette recherche permet l'augmentation des connaissances sur les rythmes d'activité circadiens et le contrôle végétatif du système cardio-respiratoire et du système vasculaire. Des exemples seront donnés, mettant en évidence la nécessité de constituer des bases de données et connaissances centrées « patients » et éventuellement « familles », en vue d'accroître la capacité prédictive des capteurs, donc le déclenchement d'alarmes spécifiques et sensibles, condition ultime de la confiance que les acteurs pourront donner à ce nouveau mode de surveillance, partant de l'usage qu'ils pourront en faire.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : health smart home, elderly people watching, telemedicine, multi-sensors acquisition, data fusion, knowledge mining, alarm triggering

Mots-clé : appartement santé intelligent, surveillance des personnes âgées, télémédecine, acquisition multi-capteurs, fusion de données, extraction de connaissance, déclenchement d'alarmes


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Vol 325 - N° 6

P. 673-682 - juin 2002 Retour au numéro
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