Optimal Inertial Sensor Placement and Motion Detection for Epileptic Seizure Patient Monitoring

Use of inertial sensory systems to monitor and detect seizure episodes in patients suffering from epilepsy is investigated via numerical simulations and experiments. Numerical simulations employ a mathematical model that is able to predict human body dynamic responses during a typical epileptic seizure. An optimized inertial sensor placement procedure is developed to address achievement of highest possible sensing resolution in determining angular accelerations with minimal errors. In addition, a joint torque estimation procedure is formulated to assist in the future development of a possible detection scheme. Experimental motion data obtained from an epileptic seizure patient as well as a healthy subject via a cluster of inertial measurement sensors formed a basis for proposing a suitable detection scheme based on non-linear response analysis. In particular, preliminary experimental data analysis has shown that the proposed modified Poincaré Map based scheme can become an effective tool in detecting of seizure via inertial measurements

An Ethernet motion-sensor based alarm system for epilepsy monitoring

International audienceThe EPIMOUV project aims at providing a place to live and autonomy for drug-resistant epileptic young adults while attempting to provide them a high level of security. In this framework, subjects will be monitored during night using body-worn motion sensors and an alarm will be triggered if an on-going seizure is detected by processing the accelerometer readings. In this paper, we describe an innovative architecture for such alarm system: the wireless inertial sensors are positioned on the subject's body; the RF transceiver is located in the subject's room and linked to an Ethernet gateway, and the remote motion capture acquisition system is interfaced with a medicalized alarm system. The EPIMOUV system will be evaluated in a specialized institution from December 2010.L’objectif global du projet EPIMOUV est d’augmenter l’autonomie des personnes souffrant d’une épilepsie pharmaco-résistante tout en préservant leur sécurité. Pour cela, le projet vise à développer un système d’alarme en cas de crise épileptique nocturne par analyse du mouvement. Dans ce papier, nous décrivons une architecture innovante de système d’alarme médicalisé : les accéléromètres sans fil sont placés sur le corps ; le récepteur RF est situé dans la chambre du résident et relié au réseau par connexion Ethernet ; et le système déporté d’acquisition de capture de mouvement et de détection de crises est interfacé à un système professionnel d’alarme médicalisé. Le système EPIMOUV sera évalué en institution spécialisé à partir de décembre 2010

Étude de corrélats électrophysiologiques pour la discrimination d'états de fatigue et de charge mentale : apports pour les interfaces cerveau-machine passives

Mental state estimation on the basis of cerebral activity and its resulting physiological activities has become a challenge for passive Brain-Computer Interfaces (BCI), in particular to address a need in neuroergonomics. This thesis work focuses on mental fatigue and workload estimation. Its purpose is to provide efficient and realistic processing chains. Thus, one issue was the modulation of workload markers as well as classification performance robustness depending on time-on-task (TOT). The impact of workload and TOT on attentional state markers was also assessed. For those purposes, an experimental protocol was implemented to collect the electroencephalographic (EEG), cardiac (ECG) and ocular (EOG) signals from healthy volunteers as they performed for a prolonged period of time a task that mixes working memory load and selective attention. Efficient signal processing chains that include spatial filtering and classification steps were designed in order to better estimate these mental states. The relevance of several electrophysiological markers was compared, among which spontaneous EEG activity and event-related potentials (ERPs), as well as various preprocessing steps such as spatial filtering methods for ERPs. Interaction effects between mental states were brought to light. In particular, TOT negatively impacted mental workload estimation when using power features. However, the chain based on ERPs was robust to this effect. A comparison of the type of stimuli that can be used to elicit the ERPs revealed that task-independent probes still allow very high performance, which shows their relevance for real-life implementation. Lastly, ongoing work that aims at assessing task-robust workload markers, as well as the usefulness of auditory ERPs in a single-stimulus paradigm will be presented as prospects.L'estimation de l'état mental d'un individu sur la base de son activité cérébrale et de ses activités physiologiques résultantes est devenue l'un des challenges des interfaces cerveau-machine (ICM) dites passives, dans le but notamment de répondre à un besoin en neuroergonomie. Ce travail de thèse se focalise sur l'estimation des états de fatigue et de charge mentale. Son objectif est de proposer des chaines de traitement efficaces et réalistes dans leur mise en œuvre. Ainsi, un des points à l'étude a été la modulation des indicateurs de charge ainsi que la robustesse des performances de classification en fonction du temps passé sur une tâche (TPT). L'impact de la charge et du TPT sur les marqueurs d'état attentionnel a aussi été évalué. Pour ce faire, un protocole expérimental a été mis en œuvre afin de recueillir les signaux électro-encéphalographiques (EEG), cardiaques (ECG) et oculaires (EOG) de participants volontaires sains lors de la réalisation prolongée d'une tâche combinant charge en mémoire de travail et attention sélective. Des chaînes de traitement performantes incluant une étape de filtrage spatial et une classification supervisée ont été mises en place afin de classer au mieux ces états. La pertinence de plusieurs marqueurs électrophysiologiques a été comparée, notamment l'activité EEG spontanée et les potentiels évoqués (PEs), ainsi que différentes étapes de prétraitement dont les méthodes de filtrage spatial pour PEs. Des effets d'interactions ont été mis au jour entre les différents états mentaux, dont un effet négatif du TPT sur les performances en classification de la charge mentale lorsque l'on utilise des marqueurs mesurant la puissance moyenne de l'EEG dans des bandes de fréquence d'intérêt. La chaîne basée sur les PEs est en revanche robuste à cet effet. Une comparaison du type de stimuli utilisables pour éliciter les PEs a révélé que des stimuli tâche-indépendants permettent tout de même d'obtenir des performances très élevées, ce qui montre leur pertinence pour une implémentation en situation réelle. En perspective seront présentés des travaux en cours visant à mettre en évidence des marqueurs de charge mentale robustes à la tâche, ainsi que l'utilité des potentiels évoqués auditifs en paradigme de simple stimulus