Détection de la présence humaine et évaluation de la qualité du sommeil en établissement d’hébergement pour personnes âgées dépendantes (EHPAD)

In France, in Europe and worldwide, the aging population is a reality. Some of these elderly people lose their autonomy as they are no longer able to manage alone the tasks of daily life. The societal issue is therefore to ensure a level of well-being and safety of these persons, consistent with changes in living standards, customs and modern habits. The research areas related to the problems of elderly people at home are showing great dynamism, while the nursing home, which remains the solution for cases of high dependence, is somewhat neglected. Nevertheless, staff shortages combined with rising costs and residents’ demands offer an opportunity for innovative ICT-based solutions. The work presented here was performed, in the context of a CIFRE doctoral thesis, within the Legrand research team and at the physics and electronics department of Mines-Telecom SudParis at Evry. The subject and project aim was twofold: firstly, designing a new sensor which will be incorporated in the electrical installation of the patient’s living space, and secondly, a multi-sensor merger to monitor the activity of the resident in order to enable real-time reporting of situations requiring the caregiver’s intervention or to detect slow drifts whose interpretation will be the responsibility of the medical staff. The work carried out for the purpose of this thesis has been included partially in the FUI 14 project whose propose is precisely the “supervision of residents in the nursing home”. The present paper is structured in such a way as to introduce the background of the work and the approach taken to perform it. The context and needs identified for monitoring of nursing home residents are also introduced. We begin by describing existing monitoring systems and the technical methods used to detect emergency situations. We end the first part (chapter 1) of this paper by specifying the major problem encountered when testing existing monitoring systems based on ambient sensors: namely how to detect the presence of an immobile and silent person in the room. Using an existing pyro-electric infrared sensors network installation in a nursing home, the next section proposes an original solution for detecting human presence in a room and also for differentiating between the presence of one and the presence of more than one person (chapter 2). Chapter 3 presents a new sensor integrated into the electrical installation of the patient’s living space. Here, we introduce a thermopile based thermal sensor in order to detect the presence of a person in his/her living space. In this work we restrict the use of this sensor to detecting the presence of the person in bed (chapter 4). The estimation of sleep quality which represents the original dimension of our work is presented in chapter 5. Differentiation between different phases of sleep is based on unsupervised classification approaches. Our project opens up encouraging prospects for the use of this type of sensor for relatively fine characterization of different kinds of sleepEn France, en Europe et dans le monde entier, le vieillissement de la population est une réalité. Une partie de cette population âgée est dite dépendante car elle n’est plus en mesure d’assumer seule les tâches de la vie quotidienne. L’enjeu sociétal est alors de garantir un niveau de bien-être et de sécurité à ces personnes, compatible avec l’évolution du niveau de vie et des usages et habitudes ‘modernes’. Très logiquement, les domaines de recherche liés à la problématique des personnes âgées à domicile font preuve d’un grand dynamisme, alors que la maison de retraite, qui reste la solution pour la grande dépendance, a été un peu délaissée. Néanmoins, la pénurie de personnel conjuguée à l’augmentation des coûts et des exigences des résidents offre une opportunité à des solutions innovantes basées sur les TIC. Les travaux de cette thèse de doctorat sous convention CIFRE se sont déroulés dans ce contexte au sein de l’équipe de recherche de Legrand et du département d’Electronique et Physique de Télécom SudParis à Evry. Le sujet concerne la conception d’un nouveau capteur (non-porté) intégrant l’installation électrique du lieu de vie du patient ainsi que la fusion avec d’autres capteurs de l’infrastructure afin de suivre l’activité du résident et, le cas échéant, soit signaler en temps réel des situations nécessitant le recours d’un aidant, soit identifier des dérives lentes dont l’interprétation sera du ressort du personnel médical. Les travaux de la thèse ont été en partie intégrés au projet FUI14 « E-monitor’âge » dont l’objectif est précisément la « supervision » des résidents. Ce mémoire est structuré de manière à présenter l’historique de ces travaux et la démarche opérée pour leur réalisation. Nous introduisons le contexte et les besoins identifiés pour le suivi des personnes âgées dans les maisons de retraites. Nous faisons un point sur les systèmes de supervision/monitoring existants et nous présentons les méthodes et les techniques de détection de situations d’urgence. Nous terminons cette partie du mémoire (chapitre 1) par la spécification du problème majeur rencontré par ces systèmes de supervision qui est celui de la détection de présence d’une personne. En s’appuyant sur la technologie des capteurs pyro-électriques, la partie suivante propose une solution originale de traitement de signal pour la détection d’une présence humaine dans une chambre voire la détection de présence de plusieurs personnes à la fois (chapitre 2). Le chapitre 3 introduit ensuite un capteur thermique à base de thermopiles afin de détecter la présence d’une personne dans son lit, ce que ne permet pas la technologie pyro-électrique qui ne détecte pas un corps chaud immobile. Dans cette partie nous limitons l’utilisation de ce capteur à la détection de la présence de la personne dans son lit (chapitre 4) voire à l’estimation de la qualité de son sommeil qui constitue d’une part l’originalité de nos travaux s’appuyant sur des approches de classification non-supervisée, et qui ouvre des perspectives encourageantes quant à l’utilisation de ce capteur pour caractériser relativement finement le type de sommeil d’autre part (chapitre 5

Corpus multimodal enregistré par des personnes âgées à domicile et l'élaboration d'un IHM adapté

International audienceL'évaluation de la fragilité physique chez les personnes âgées est primordiale pour évaluer leur capacité à vivre en autonomie. Le système de monitoring présenté dans ce papier s'appuie sur cinq types de capteurs. Ces capteurs appartiennent à deux classes d'appareillage : installation et mobiles . Parmi ces capteurs: 1) capteurs infrarouges supervise les différents déplacements du sujet, 2) la balance estime l'équilibre, 3)le dynamomètre mesure la préhensionpalmaire 4) les semelles connectées mesure de nombre de pas 5) le radar de marche mesure la distance parcourue à domicile et la vitesse de marcheégalement. Le logiciel est développé sous Android pour récupérer, envoyer et stocker des données sur un serveur distant. L'acceptabilité est évaluée en première phase en revanche l'acceptation est considérée en deuxième phase. Au cours de la première phase, cinq personnes âgées ont été sélectionnées puis invitées à passer une journée au Living Lab afin d’adapter et améliorer le système notamment l'IHM. La deuxième phase consiste à installer le système à domicile. Parmi les résultats de cette seconde phase figure la base de données multimodale. Les médecins ont accès à la base de données via un site Web afin d’interpréter les effets du traitement qu’ils ont prescri

Detecting human presence and evaluation of sleep quality in accomodation establishment for the dependent elderly (nursing homes)

En France, en Europe et dans le monde entier, le vieillissement de la population est une réalité. Une partie de cette population âgée est dite dépendante car elle n’est plus en mesure d’assumer seule les tâches de la vie quotidienne. L’enjeu sociétal est alors de garantir un niveau de bien-être et de sécurité à ces personnes, compatible avec l’évolution du niveau de vie et des usages et habitudes ‘modernes’. Très logiquement, les domaines de recherche liés à la problématique des personnes âgées à domicile font preuve d’un grand dynamisme, alors que la maison de retraite, qui reste la solution pour la grande dépendance, a été un peu délaissée. Néanmoins, la pénurie de personnel conjuguée à l’augmentation des coûts et des exigences des résidents offre une opportunité à des solutions innovantes basées sur les TIC. Les travaux de cette thèse de doctorat sous convention CIFRE se sont déroulés dans ce contexte au sein de l’équipe de recherche de Legrand et du département d’Electronique et Physique de Télécom SudParis à Evry. Le sujet concerne la conception d’un nouveau capteur (non-porté) intégrant l’installation électrique du lieu de vie du patient ainsi que la fusion avec d’autres capteurs de l’infrastructure afin de suivre l’activité du résident et, le cas échéant, soit signaler en temps réel des situations nécessitant le recours d’un aidant, soit identifier des dérives lentes dont l’interprétation sera du ressort du personnel médical. Les travaux de la thèse ont été en partie intégrés au projet FUI14 « E-monitor’âge » dont l’objectif est précisément la « supervision » des résidents. Ce mémoire est structuré de manière à présenter l’historique de ces travaux et la démarche opérée pour leur réalisation. Nous introduisons le contexte et les besoins identifiés pour le suivi des personnes âgées dans les maisons de retraites. Nous faisons un point sur les systèmes de supervision/monitoring existants et nous présentons les méthodes et les techniques de détection de situations d’urgence. Nous terminons cette partie du mémoire (chapitre 1) par la spécification du problème majeur rencontré par ces systèmes de supervision qui est celui de la détection de présence d’une personne. En s’appuyant sur la technologie des capteurs pyro-électriques, la partie suivante propose une solution originale de traitement de signal pour la détection d’une présence humaine dans une chambre voire la détection de présence de plusieurs personnes à la fois (chapitre 2). Le chapitre 3 introduit ensuite un capteur thermique à base de thermopiles afin de détecter la présence d’une personne dans son lit, ce que ne permet pas la technologie pyro-électrique qui ne détecte pas un corps chaud immobile. Dans cette partie nous limitons l’utilisation de ce capteur à la détection de la présence de la personne dans son lit (chapitre 4) voire à l’estimation de la qualité de son sommeil qui constitue d’une part l’originalité de nos travaux s’appuyant sur des approches de classification non-supervisée, et qui ouvre des perspectives encourageantes quant à l’utilisation de ce capteur pour caractériser relativement finement le type de sommeil d’autre part (chapitre 5)In France, in Europe and worldwide, the aging population is a reality. Some of these elderly people lose their autonomy as they are no longer able to manage alone the tasks of daily life. The societal issue is therefore to ensure a level of well-being and safety of these persons, consistent with changes in living standards, customs and modern habits. The research areas related to the problems of elderly people at home are showing great dynamism, while the nursing home, which remains the solution for cases of high dependence, is somewhat neglected. Nevertheless, staff shortages combined with rising costs and residents’ demands offer an opportunity for innovative ICT-based solutions. The work presented here was performed, in the context of a CIFRE doctoral thesis, within the Legrand research team and at the physics and electronics department of Mines-Telecom SudParis at Evry. The subject and project aim was twofold: firstly, designing a new sensor which will be incorporated in the electrical installation of the patient’s living space, and secondly, a multi-sensor merger to monitor the activity of the resident in order to enable real-time reporting of situations requiring the caregiver’s intervention or to detect slow drifts whose interpretation will be the responsibility of the medical staff. The work carried out for the purpose of this thesis has been included partially in the FUI 14 project whose propose is precisely the “supervision of residents in the nursing home”. The present paper is structured in such a way as to introduce the background of the work and the approach taken to perform it. The context and needs identified for monitoring of nursing home residents are also introduced. We begin by describing existing monitoring systems and the technical methods used to detect emergency situations. We end the first part (chapter 1) of this paper by specifying the major problem encountered when testing existing monitoring systems based on ambient sensors: namely how to detect the presence of an immobile and silent person in the room. Using an existing pyro-electric infrared sensors network installation in a nursing home, the next section proposes an original solution for detecting human presence in a room and also for differentiating between the presence of one and the presence of more than one person (chapter 2). Chapter 3 presents a new sensor integrated into the electrical installation of the patient’s living space. Here, we introduce a thermopile based thermal sensor in order to detect the presence of a person in his/her living space. In this work we restrict the use of this sensor to detecting the presence of the person in bed (chapter 4). The estimation of sleep quality which represents the original dimension of our work is presented in chapter 5. Differentiation between different phases of sleep is based on unsupervised classification approaches. Our project opens up encouraging prospects for the use of this type of sensor for relatively fine characterization of different kinds of slee

Multisensor data fusion algorithm for sleep quality estimation using multiple measurements

International audienceObjectives/Introduction: Sleep monitoring represents an interest field in medical word. We spend a part of our life in bed, then an analyzing of our sleep represents a part of our medical consultation. Therefore, the supervision of the evolution of our sleep quality is primordial thing. A lot of systems have been implemented, tested and commercialized. Each system has a specified properties and characteristics. In our living lab, We study the correlation between the sleep quality and balance stability measured at wake up. In this study we use the withing system which is based on movement counted when the person was in the bed at night in order to measure sleep quality and for the balance stability is measured by scale which uses the movement counted when the person is on the scale. The balance stability is used to enhance the sleep quality score therefore the data fusion algorithms are tested on recorded database. The database is recorded by students in internship and phd students. In this work, the data base is described, the correlation study is presented and the fusion data algorithms are detailed. Estimation methods of the weight for each modality (scale and withing system) are prospected

Suitable segmentation method of a thermal signal representing sleep movement in the bed

International audienceSleep quality and quantity is an important factor in the prevention of fraitly and serious deseases such as depression and diabetes. Therefore the devices that allow sleep monitoring are studied for well being. Body movement during sleep can be related to particular desesases such a sleep apnea and restless legs syndrome. In this paper we present a study on movements detection during sleep and the estimation of inactivity duration. Contactless thermal sensor (thermopile) is use to detect thermal variation caused by body movement in bed. A new adaptive segmentation method including symbolic representation (SAX) is introduced and implemented to compare identified sleep phases by our system to a reference hipnogram. The proposed sensor and his processing algorithm has been evaluated on 11 subjects. This evaluation shows good correlation between automatic segmentation and the hypnogram reference labels

Thermal-Signature-Based Sleep Analysis Sensor

This paper addresses the development of a new technique in the sleep analysis domain. Sleep is defined as a periodic physiological state during which vigilance is suspended and reactivity to external stimulations diminished. We sleep on average between six and nine hours per night and our sleep is composed of four to six cycles of about 90 min each. Each of these cycles is composed of a succession of several stages of sleep that vary in depth. Analysis of sleep is usually done via polysomnography. This examination consists of recording, among other things, electrical cerebral activity by electroencephalography (EEG), ocular movements by electrooculography (EOG), and chin muscle tone by electromyography (EMG). Recordings are made mostly in a hospital, more specifically in a service for monitoring the pathologies related to sleep. The readings are then interpreted manually by an expert to generate a hypnogram, a curve showing the succession of sleep stages during the night in 30s epochs. The proposed method is based on the follow-up of the thermal signature that makes it possible to classify the activity into three classes: “awakening,” “calm sleep,” and “restless sleep”. The contribution of this non-invasive method is part of the screening of sleep disorders, to be validated by a more complete analysis of the sleep. The measure provided by this new system, based on temperature monitoring (patient and ambient), aims to be integrated into the tele-medicine platform developed within the framework of the Smart-EEG project by the SYEL–SYstèmes ELectroniques team. Analysis of the data collected during the first surveys carried out with this method showed a correlation between thermal signature and activity during sleep. The advantage of this method lies in its simplicity and the possibility of carrying out measurements of activity during sleep and without direct contact with the patient at home or hospitals

Multimodal Corpus Recorded by Elderly People at home with elaboration of an adapted IHM

International audienceAssessment of physical frailty in community dwelling older people is essential to evaluate their capacity to live independently. A solution in context of digitized healthcare in silver technology is the home monitoring of the evolution of their state of health based on physical fragility assessment. The monitoring system used in our work is based on five types of sensors: 1) infrared sensors, 2) balance quality system, 3) dynamometer, 4) insoles in shoes, 5) radar system. A software was developped on android OS in order to collect, send and store data onto a medical server. Acceptability and acceptance of these sensors were studied in two phases. First, a group of older adult were invited to co-participate and familiarize the IHM by using the plateform in our LivingLab Activageing. Second phase consists of sensors installation at home. This latter affords a a multimodal database that can infer information such as the health status of the end users. This work was included in a longitudinal study in order to provide health-care professional indicators to assess the effect of their recovery actions which were prescribed for older adults recruited

Thermal signal analysis in smart home environment for detecting a human presence

International audienceSmart Home environments have become an important research topic in recent years. This paper deals with human presence detection using an ubiquitous sensor. Various solutions and supervision systems require to extract information regarding people present in the monitored environment. So both academic and industrial labs are interesting by this subject. More so than most other object-detection and sensing tasks, human-sensing is a challenging endeavor for a variety of reasons. To detect the person entering in a supervised environment several technical solutions based on large physical phenomena are available. Each researchers team use specific sensors with adapted techniques. Sensors choice is linked to supervision system ai

Design and first evaluation of a sleep characterization monitoring system using remote contactless sensor

International audienceThis paper presents the design and a first evaluation of a new monitoring system based on contactless sensors to estimate sleep quality. This sensor produces thermal signals which have been used, at first, to detect a human presence in the bed and then to estimate sleep quality. To distinguish between different sleep phases, we have used methods of signal processing in order to extract the necessary features for learning an adapted statistical model. The existing monitoring systems use sensors attached to the bed or worn by the person. We propose in this paper a system based on a passive thermal sensor which has the advantage of being fixed on the wall, thus it is easier to use and more reliable. We explain different signal processing steps and describe sleep stage recognition algorithms. We propose an adaptation of the SAX method for the thermal signal. Finally, we evaluate our system in comparison with a polysomnographic recording system in the Hospital (CHU) of Limoges

Multimodal localization in the context of a medical telemonitoring system

International audienceThis paper addresses a localization system which is based on a combination of information from two modalities: a Smart Home Person Tracking (SHPT) composed of infrared sensors and an Audio Person Tracking (APT) which uses microphones able to estimate azimuth of acoustic sources. This combination improves precision of localization compared to a standalone or separated module. The localization software facilitates the integration of both SHPT and APT systems, to display the position in real time, to record data and detect some distress situations (some kind of fall). Results on implementation show good adaptation for Smart Home environments and a robust detectio