Réalisation d'un système connecté pour le suivi en temps-réel du rythme cardiaque et de la saturation d'oxygène chez les patients atteints d'arythmie cardiaque

RÉSUMÉ : D'après l'agence de la santé publique du Canada, les maladies chroniques sont responsables de 65% de l'ensemble des décès et demeurent la cause principale de tous les décès prématurés. Parmi celles-ci, les maladies du cœur occupent la deuxième place. Les personnes atteintes de maladies chroniques ont besoin d'un suivi régulier de leurs états de santé. Cette nécessité est souvent contrainte par certains facteurs comme les difficultés d'accès aux soins de santé dans les zones reculées, les longs temps d'attentes dans les urgences ou le manque de personnel médical. Ces contraintes d'accès aux soins sont accentuées avec la pandémie de la COVID-19. La mise en place d'un système de santé électronique basé sur l'internet des objets (IoT) constitue une révolution remarquable, qui permet l'acquisition et le suivi des données des patients à distance, en temps-réel, et d'améliorer les services des soins, les traitements et les interventions. Notre projet se concentre sur le développement d'un dispositif portable pour faciliter la surveillance en temps-réel du rythme cardiaque et de la saturation d'oxygène dans le sang (SpO2) avec une application mobile. Il permettra également d'envoyer des alertes par message texte en cas d'arythmie ou de niveau anormal de SpO2 (saturation d'oxygène dans le sang). Deux approches basées sur des systèmes sur puce (SoC) différents ont été adoptées pour la réalisation. La première concerne le calcul rythme cardiaque en se basant sur l'analyse du signal électrocardiogramme (ECG) ou du signal photopléthysmogramme (PPG) en utilisant l'algorithme de Pan et Tompkins. Un prototype est réalisé à la base de la carte Nexys-4 conçue autour du circuit FPGA Artix-7, des capteurs de signaux et d'un module de transmission Bluetooth qui permet d'envoyer le rythme cardiaque mesuré vers une application mobile. La seconde concerne la mesure de la fréquence cardiaque et de la saturation d'oxygène (SpO2) en utilisant un capteur MAX3010x et une carte Heltec WiFi kit 32 comme microcontrôleur. Ce dernier dispose d'un afficheur OLED intégré et des technologies WiFi et Bluetooth pour des communications sans fil. -- Mot(s) clé(s) en français : Télésurveillance, E-santé, Internet des Objets, ECG, PPG, Capteurs connectés, Rythme cardiaque, Saturation d'oxygène, Implantation FPGA. -- \nABSTRACT : According to the Public Health Agency of Canada, chronic diseases account for 65% of all deaths and remain the leading cause of all premature deaths. Of these, heart disease is the second leading cause. People with chronic diseases need regular monitoring of their health. This need is often constrained by factors such as difficulties in accessing health care in remote areas, long waiting times in emergency rooms or lack of medical staff. These constraints to accessing care are accentuated with the COVID-19 pandemic. The implementation of an electronic health system based on the Internet of Things (IoT) is a remarkable revolution, allowing the acquisition and monitoring of patient data remotely, in real time, and improving care services, treatments and interventions. Our project focuses on the development of a wearable device to facilitate real-time monitoring of heart rate and blood oxygen saturation (SpO2) with a mobile application. It will also allow text message alerts to be sent in the event of arrhythmia or abnormal SpO2 (blood oxygen saturation) levels. Two different system-on-chip (SoC) approaches have been adopted for the implementation. The first one concerns the heart rate calculation based on the analysis of the electrocardiogram (ECG) signal or the photoplethysmogram (PPG) signal using the Pan and Tompkins algorithm. A prototype is being built based on the Nexys-4 board designed around the Artix-7 FPGA circuit, signal sensors and Bluetooth transmission module that allows the measured heart rate to be sent to a mobile application. The second is for measuring heart rate and oxygen saturation (SpO2) using a MAX3010x sensor and a Heltec WiFi kit 32 board as the microcontroller. The latter has a built-in OLED display and WiFi and Bluetooth technologies for wireless communications. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Remote monitoring, E-health, Internet of things, ECG, PPG, Wearable sensors, Heart rate, Oxygen saturation. FPGA implementation.

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