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Respiratory motion detection system

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WO2005020815A1
WO2005020815A1 PCT/BE2003/000146 BE0300146W WO2005020815A1 WO 2005020815 A1 WO2005020815 A1 WO 2005020815A1 BE 0300146 W BE0300146 W BE 0300146W WO 2005020815 A1 WO2005020815 A1 WO 2005020815A1
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WO
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respiratory
motion
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detect
detection
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PCT/BE2003/000146
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Jean-Philippe Hermanne
Arnaud Tans
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Jean-Philippe Hermanne
Arnaud Tans
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    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/113Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing
    • A61B5/1135Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing by monitoring thoracic expansion

Abstract

The invention relates to a novel respiratory motion detector (RMD) which is used to observe the physiological respiratory motion of a patient and which is based on infrared motion detection (PIR technology). The inventive detector can be used during the day and at night in order to detect chest expansion with each inhale and exhale and to detect the warm exhaled air flow. The invention is suitable for both adults and new-borns as well as for use in veterinary medicine. In the event of a prolonged respiratory arrest, the electronic system can be used to trigger a local and/or remote alarm.

Description

SYSTEME DE DETECTION DE MOUVEMENTS RESPIRATOIRES MOTION DETECTION SYSTEM RESPIRATORY

1. Introduction : 1. Introduction:

L'arrêt cardio-respiratoire (AR) est dans la majorité des cas l'étape initiale de la mort. The cardiac arrest (CA) is in most cases the initial stage of death. La mort subite est une mort naturelle qui survient de façon inattendue chez un sujet en pleine activité. Sudden death is a natural death that occurs unexpectedly in a subject in full swing. Elle est de plus en plus observée dans la population générale et les causes en sont multiples : It is increasingly observed in the general population and the causes are many:

• Origine cardiaque (affections coronaires, troubles du rythme,...). • Cardiac Origin (coronary disease, arrhythmias, ...). La mort subite d'origine cardiaque serait souvent le premier symptôme de la maladie coronarienne et serait responsable de 50 % des morts d'origine cardiaque. Sudden cardiac death is often the first symptom of coronary artery disease and is responsible for 50% of cardiac deaths. En France, on peut estimer à 60.000 le nombre annuel de mort subite dont 80% d'origine coronarienne. In France, an estimated 60,000 annual number of sudden death, 80% of CHD. • Origine vasculaire (rupture d'anévrysme cérébral ou aortique) • Origine pulmonaire (embolie pulmonaire massive, apnée du sommeil,...) • Origines métaboliques (troubles ioniques, alcool, drogues, poison, CO,..) • vascular origin (ruptured cerebral aneurysm or aortic) • pulmonary origin (massive pulmonary embolism, sleep apnea ...) • Metabolic Origin (electrolyte disorders, alcohol, drugs, poison, CO, ..)

Dans la situation de la mort subite, l'AR se manifeste par une perte de conscience brutale, l'absence de mouvement ventilatoire et l'absence de pouls périphérique. In the situation of sudden death, RA is characterized by sudden loss of consciousness, lack of ventilatory movement and absence of peripheral pulse. Seul le rétablissement d'une circulation et d'une ventilation efficace îe plus rapidement possible permet d'espérer une survie avec nom ™TOTOTIJITO de séquelles. Only the restoration of movement and effective ventilation IE as soon as possible offers hope for survival with name TOTOTIJITO ™ sequelae. La prévention en amont de l'accident est bien évidemment capitale. The upstream accident prevention is obviously capital.

Le seul moyen actuel de prévention pour les sujets à risque est le monitoring cardiaque et/ou respiratoire à l'aide d'électrodes cutanées de contact. The only current means of prevention for at-risk subjects is cardiac monitoring and / or respiratory with skin contact electrodes. Ces moyens techniques ne sont disponibles pratiquement qu'en milieu hospitalier ou dans certaines situations particulières à la maison. These technical means are available practically in the hospital or in specific situations at home. En effet, le coût financier des monitoring et le besoin permanent de contact cutané des électrodes rendent ce moyen de surveillance difficile à grande échelle ou à domicile. Indeed, the financial cost of monitoring and the ongoing need for skin contact electrodes make it through difficult large-scale or home monitoring. Et pourtant de nombreuses situations cliniques au domicile du patient ou en milieu hospitalier (à l'exclusion des soins intensifs) nécessitent une surveillance 24 heures sur 24 heures ou durant le sommeil d'au moins une fonction vitale. Yet many clinical situations the patient's home or hospital (excluding ICU) require supervision 24 hours 24 hours or during sleep at least a vital function.

La technique de surveillance de la fonction respiratoire décrite ci-dessous apporte une solution tant au niveau du coût de l'appareillage, que du problème de connection cutanée d'électrodes au patient. The technique of monitoring lung function described below provides a solution both in terms of cost of the apparatus, that of dermal connection problem of electrodes to the patient.

2. Principe : 2. Principle:

Le détecteur de mouvement respiratoire (DMR) est un nouveau concept d'observation des mouvements respiratoires physiologiques d'un individu, basé sur le principe de détection de mouvements par infra rouge (PIR technology). Respiratory motion detector (DMR) is a new concept of observation of the physiological respiratory movements of an individual, based on the principle of motion detection by infra-red (PIR technology). De jour comme de nuit, il permet de détecter l'ampliation du thorax à chaque inspiration et expiration ainsi que le flux d'air chaud expiré, tant chez l'adulte que chez le nouveau né, ainsi qu'en médecine vétérinaire. Day and night, it can detect the amplification of the chest to each inhalation and exhalation and the hot air flow expired, both in adults and in the newborn, as well as veterinary medicine. En cas d'arrêt respiratoire prolongé de l'individu, le système électronique permet le déclenchement d'une alarme locale et/ou à distance. For prolonged breathing of the individual, the electronic system allows the initiation of a local alarm and / or remotely. 3. Applications : 3. Applications:

-φ- Monitoring respiratoire non invasif et sans contact cutané (« non invasive patient observation ») des patients hospitalisés dans des unités banalisées (en dehors des soins intensifs et du middle care). -φ- Noninvasive Respiratory Monitoring and without skin contact ( "non-invasive patient observation") in patients hospitalized in unmarked units (out of intensive care and care middle). -φ- Monitoring respiratoire non invasif et sans contact cutané (« non invasive patient observation ») d'animaux en médecine vétérinaire -φ- Monitoring des apnées du sommeil. -φ- Noninvasive Respiratory Monitoring and without skin contact ( "non-invasive patient observation") animal veterinary -φ- Monitoring sleep apnea. -φ- Monitoring à domicile des morts subites chez l'adulte. Monitoring -φ- home of sudden death in adults. -φ Prévention de la mort subite du nouveau né (en l'absence de facteur de risque ou de nécessité d'un monitoring cardiaque et respiratoire de contact). -φ Prevention of sudden death of the newborn (in the absence of risk factor or need for cardiac and respiratory monitoring contact).

4. Description : 4. Description:

Le fonctionnement du DMR est basé sur la détection de mouvement passif par infra rouge (passive infra red motion detector : PIR) et de l'initiation d'une réponse appropriée. The operation of the DMR is based on the detection of passive movement by infrared (passive infra-red motion detector: PIR) and the initiation of an appropriate response. Le matériel peut comporter 3 à 8 détecteurs PIR (« PIR sensor ») disposés autour et à distance (50 à 150 cm) du thorax et de la tête de l'individu. The material may comprise 3-8 PIR detectors ( "PIR sensor") disposed around and at a distance (50 to 150 cm) from the thorax and head of the individual. Les détecteurs PIR sont de type Heimann ou Murata. PIR detectors are of type Heimann or Murata. Ils sont tous reliés à un même circuit intégré de contrôleur logique classique (« control logic ») via un interface et un amplificateur pour PIR sensor. They are all connected to the same integrated circuit of classical logic controller ( "control logic") via an interface and an amplifier for PIR sensor. Sur ce nouveau concept, il n'est pas prévu de filtre pour les interférences de fond compte tenu, que dans cette situation, les capteurs PIR doivent avoir la plus grande détection de mouvement possible donc la plus grande sensibilité (voir ci-dessous). In this new concept, it is not intended to filter the light background interference, that in this situation, the PIR sensors must have the greatest possible motion detection so the greatest sensitivity (see below). Ils sont équipés de lentilles de Fresnel augmentant leur sensibilité aux très petits mouvements. They are equipped with Fresnel lenses increasing their sensitivity to very small movements. Le « control logic » est en relation avec un relais commutateur déclenchant une alarme locale ou à distance par onde iradio (fϋgure 1): 4- Si au moins un des détecteurs PIR du système capte un mouvement respiratoire ou autre, le circuit électronique garde le relais commutateur de l'alarme sur OFF. The "control logic" is related to a switch relay triggering a local alarm or remotely by wave iradio (fϋgure 1): 4. If at least one of the system PIR detector senses a breathing or other movement, the electronic circuit keeps the relay alarm switch to OFF.

Φ Si aucun détecteur du système ne captent de mouvements respiratoires dans un temps donné (programmation de 10, 20, 30 secondes ), mise sur ON du relais et l'alarme se déclenche localement ou à distance par émission radio. • Φ If no system detector capture of respiratory movements in a given time (programming 10, 20, 30 seconds), turned ON relay and the alarm is activated locally or remotely via radio transmission.

-Φ- La mise en route de ce système est automatique par capteur de pression au niveau du la literie (poids de l'individu). -Φ- The initiation of this system is automated by the pressure sensor at the bedding (weight of the individual).

Le DMR comporte également un témoin lumineux de type LED et un signal sonore discret (clic) permettant d'objectiver chaque détection de mouvement par l'individu. The DMR also includes a warning light LED type and a discrete sound (click) for objectify each sensing movement by the individual. L'alimentation de l'appareil s'effectue sur le réseau 220 V mais une batterie de secours avec une autonomie de 24 heures est également prévue. The device's power is supplied to the network 220V but a battery with a battery life of 24 hours is also planned.

Les figures 2 et 3 représentent un DMR placé sur un bras mobile placé sur un mur. Figures 2 and 3 show a DMR placed on a movable arm mounted on the wall. Dans cette situation, les capteurs PIR détectent les mouvements par le haut. In this situation, PIR sensors detect motion from above.

Les figures 4 et 5 représentent un DMR disposé dans un cadre et une structure de lit (d'enfant dans ce cas de figure), Les capteurs PIR détectent ici les mouvements latéralement. Figures 4 and 5 show a DMR disposed in a frame and a bed superstructure (child in this case), the PIR sensors detect the movements laterally here. Une combinaison des différents champs de détection (par le haut ou en latéral) est évidement possible dans des situations difficiles. A combination of different detection fields (top or side) is obviously possible in difficult situations. Détails des capteurs PIR : Details PIR sensors:

La technologie des capteurs PIR est maintenant bien connue et a été publiée dans de nombreux journaux spécialisés. PIR sensor technology is now well known and has been published in many journals. Les « dual sensor PIR detectors » sont maintenant les plus largement utilisés. The "dual sensor PIR detectors" are now the most widely used.

Le DMR peut être équipé par exemple d'un capteur à double élément pyroélectriques possédant une grande sensibilité et une fenêtre rectangulaire permettant un spectre plus fin. The DMR can be equipped for example with a sensor dual pyroelectric element having a high sensitivity and a rectangular window for a finer spectrum.

• Spécifications techniques par exemple : o Champ de détection : 51 ° x 51 ° o Sensibilité : 3.9 mVpp o Longueur d'onde : 5-14 μm o Alimentation : 3-15 V o Filtre : 0 o Température d'utilisation : -25 à + 55° C o Lentille Fresnel en polyéthylène, indice de réfraction. • Technical specifications for example: o Detection range: 51 ° x 51 ° o Sensitivity: 3.9 mVpp o Wavelength: 5-14 microns o Power supply: 3-15 V o Filter: 0 o Temperature: -25 to + 55 ° C o Fresnel lens polyethylene, refractive index.

Claims

REVENDICATION CLAIM
Le détecteur de mouvement respiratoire (DMR) est un nouveau concept de détection de mouvement physiologique respiratoire humain ou animal. Respiratory motion detector (DMR) is a new concept of human respiratory physiological or animal movement detection. Il utilise une technologie reconnue par détecteur infra rouge de type PIR et circuit logique. It uses a technology recognized by PIR type of infrared sensor and logic circuit. La revendication de cette invention est l'application de cette technologie pour la détection de mouvement respiratoire chez l'être humain (voir application) ou en médecine vétérinaire (surveillance d'animaux opérés) : The claim of this invention is the application of this technology for detecting respiratory movement in humans (see application) or in veterinary medicine (monitoring operated animals):
Partie caractérisante de cette revendication : • Pour la réalisation de cet appareillage : Utilisation de détecteurs PIR à haute sensibilité. Characterizing part of this claim: • For the realization of this apparatus: Using PIR sensors with high sensitivity. Utilisation de lentilles. Using lenses. Alarme incorporée et à distance par émission radio. Alarm incorporated and remote radio broadcast. L'interrupteur de l'appareil s'effectue par contacteur de pression sous la literie du patient (le poids du sujet met le système sur ON). The switch of the apparatus is effected by pressure switch under the patient's bedding (weight of the subject switches the system to on). Présence dans l'appareillage d'une batterie d'alimentation de secours. Presence in the equipment of an uninterruptible power supply battery.
Application de cette revendication : Monitoring respiratoire non invasif et sans contact cutané d'électrodes (« non invasive patient observation ») des patients hospitalisés dans des unités banalisées (en dehors des soins intensifs et du middle care). Application of this claim: Noninvasive Respiratory Monitoring and without skin contact electrodes ( "non-invasive patient observation") in patients hospitalized in unmarked units (out of intensive care and care middle). Monitoring respiratoire non invasif et sans contact cutané d'électrodes (« non invasive patient observation ») d'animaux en médecine vétérinaire Monitoring des apnées du sommeil. Noninvasive Respiratory Monitoring and without skin contact electrodes ( "non-invasive patient observation") of animals in veterinary medicine monitoring of sleep apnea. Monitoring à domicile des morts subites chez l'adulte. Monitoring home of sudden death in adults. Prévention de la mort subite du nouveau né (en l'absence de facteur de risque ou de nécessité d'un monitoring cardiaque et respiratoire de contact). Prevention of sudden death of the newborn (in the absence of risk factor or need for cardiac and respiratory monitoring contact).
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