Des chercheurs ont mis au point un dispositif qui utilise un radar photonique pour surveiller la respiration sans nécessiter de contact avec le patient.
Des chercheurs ont mis au point un dispositif qui utilise un radar photonique pour surveiller à distance et avec précision la respiration, en faisant même la distinction entre plusieurs patients. Ils affirment que leur dispositif pourrait un jour être utilisé dans les hôpitaux, les établissements de soins pour personnes âgées et à domicile pour surveiller sans contact les personnes souffrant de problèmes respiratoires.
La surveillance des signes vitaux d’un patient est essentielle pour le suivi de sa santé et de ses fonctions corporelles. De nombreuses méthodes actuellement utilisées dans les hôpitaux nécessitent un contact filaire avec le patient – pensez à ces électrodes collantes placées sur la poitrine pour enregistrer les fréquences cardiaque et respiratoire – ce qui peut être problématique si le patient est brûlé, par exemple, et que sa peau est peu accessible.
Les systèmes de surveillance par caméra constituent une alternative sans contact, mais ils sont sensibles à la lumière et à la couleur de la peau et posent des problèmes de confidentialité s’ils sont utilisés dans un établissement de soins de santé. Aujourd’hui, des chercheurs de l’université de Sydney ont mis au point un système de surveillance précise de la respiration qui ne nécessite pas de contact avec le patient.
« Les systèmes basés sur des caméras présentent deux problèmes », explique Ben Eggleton, auteur correspondant de l’étude. « L’un d’eux est la grande sensibilité aux variations des conditions d’éclairage et de la couleur de la peau. L’autre concerne la protection de la vie privée des patients, dont les images à haute résolution sont enregistrées et stockées dans une infrastructure informatique en nuage. »
Pour surmonter ces problèmes, les chercheurs se sont tournés vers la photonique. Les radars photoniques, ou radars photoniques à micro-ondes, utilisent des photons – énergie lumineuse à haute fréquence – plutôt que des électrons et de l’électricité pour générer des ondes radio. Un émetteur-récepteur photonique crée un signal micro-ondes par l’intermédiaire d’un laser pulsé, qui renvoie le signal à un récepteur photonique après avoir touché la cible.
Les radars conventionnels à radiofréquences (RF) qui reposent sur l’électronique ont une bande passante étroite et une résolution de portée réduite. Ils ne peuvent donc pas distinguer des cibles proches les unes des autres.
« Le radar photonique utilise un système photonique basé sur la lumière – plutôt que l’électronique traditionnelle – pour générer, collecter et traiter les signaux radar », explique Ziqian Zhang, auteur principal de l’étude. « Cette approche permet de générer des signaux de radiofréquence (RF) à très large bande, ce qui offre un suivi multiple, simultané et très précis des sujets.
Les chercheurs ont complété leur système photonique par un système de détection et de télémétrie par la lumière (LiDAR), qui utilise des ondes lumineuses pulsées pour mesurer la distance. Si le LiDAR seul offre une bonne portée et une bonne résolution, sa capacité à pénétrer à travers des objets tels que les vêtements est limitée. L’intégration du radar et du LiDAR confère à l’appareil les avantages des deux, ainsi qu’un système de secours intégré.
« La complémentarité constitue une véritable innovation dans notre approche : notre système a la capacité de permettre simultanément la détection par radar et par LiDAR », souligne Yang Liu, co-auteur de la correspondance. « Il s’agit d’une redondance intégrée : si l’un des deux systèmes est défectueux, l’autre continue de fonctionner.
Les chercheurs ont d’abord testé leur dispositif à l’aide de deux simulateurs de respiration humaine. Ils ont constaté que le radar pouvait détecter avec précision et en temps réel le rythme respiratoire de deux cibles distantes d’environ 10 cm. Il a détecté des schémas respiratoires irréguliers au niveau du millimètre, notamment des inspirations plus longues et des expirations plus courtes, ainsi que des pauses respiratoires.
Les chercheurs ont ensuite testé leur appareil sur une créature vivante, en utilisant un crapaud comme substitut humain. Le crapaud a été placé à environ 1 m du radar, le faisceau étant focalisé sur sa région buccale, qui bouge pendant la respiration. Comparée à la poitrine humaine, la région buccale du crapaud ne mesure même pas un pouce – ou quelques centimètres – au carré.
Un enregistrement vidéo de la respiration du crapaud a été comparé aux données en temps réel extraites de l’appareil. Celui-ci a mesuré avec précision la fréquence respiratoire de l’animal, y compris la respiration intermittente commune aux amphibiens.
Pour l’avenir, les chercheurs envisagent un certain nombre d’options pour améliorer leur appareil.
« Nous pourrions continuer à étudier l’utilisation de composants sur puce pour réduire l’encombrement de l’appareil ou tester ses performances sur des sujets humains, éventuellement atteints de maladies pulmonaires ou cardiaques identifiées », a déclaré Ziqian Zhang. « Une autre perspective est d’explorer des algorithmes avancés afin d’améliorer les performances du système pour déplacer des sujets dans des scénarios d’application réels, par exemple dans des établissements de soins pour personnes âgées.
Les chercheurs affirment que la capacité de leur appareil à mesurer la respiration à distance améliore le confort du patient et réduit le risque de contamination croisée. En outre, il permettrait de surveiller plusieurs patients à partir d’une seule station centralisée. En fin de compte, ils entrevoient toute une série d’applications, notamment dans les soins de santé, le secteur pénitentiaire, les soins aux personnes âgées et les soins à domicile, ainsi que dans les domaines vétérinaire et de l’élevage.
