Développement et applications de méthodes de mesure différentielle à haute résolution

During this research, we combined physical parameters measurement methods with numerical signal processing in order to extract indirectly physiological parameters signatures. The measures are characterized by the fact that they are differential and done at a high resolution. This permitted to acquire very low level signal variations caused by the physiological phenomenon of interest. Numerical processing permitted, starting from a very noisy raw signal, to separate the relevant information from what could be considered as noise and artefacts. Those measurement were done on systems combining, from an electrical point of view, low power consumption and low noise, in the perspective of developing ambulatory devices. Afterwards, data were acquired on a computer using a real-time environment. Two main applications have been studied. Although coming later chronologically, we will first mention combined evaluation of cardiac and respiratory rhythms, together with apnoea detection for sleep study and monitoring. The method induced low discomfort, as the sensor is a cuff used for blood pressure measurement, wrapped around the wrist and inflated at a low pressure. After the decomposition of the original signal in a number of frequency bands using wavelet filtering, we evaluated the resulting signals period, those signals representing respectively cardiac or respiratory rhythms. We showed there is a good agreement between the values provided by our numerical processing and reference values. We also established how to detect the signature of central and obstructive apnoeas. We also tried to characterize epidermis state and to detect its alterations through its heat transfer properties. This gave rise to intense activity in order to determine a heat propagation model. We established the parameters which seems the most correlated to epidermis state. The most important result is a generalization of the Prony method, permitting to clearly distinguish terms due to initial conditions from terms resulting from an applied command. Developed in a well defined framework, we still think our measurement methods and the numerical algorithms we worked out may also be applied to other engineering domains.Au cours de cette recherche, nous avons combiné des méthodes de mesures de paramètres physiques à des méthodes de traitement du signal pour extraire par voie indirecte des signatures de paramètres physiologiques. Ces mesures ont pour particularité d'être différentielles et à haute résolution, ce qui a permis d'appréhender des variations de signaux extrêmement ténues sous l'effet du phénomène étudié. Le traitement numérique a permis, à partir d'un signal brut très bruité, de séparer l'information utile de tout ce qui peut être considéré comme de la dérive ou des artefacts. Les mesures ont été effectuées à l'aide de systèmes alliant, d'un point de vue électrique, faible consommation et faible bruit, dans la perspective de réaliser des équipements utilisables à terme en mode ambulatoire. Ensuite, elles ont été transmise sur ordinateur dans un environnement temps réel. Deux grandes classes d'applications ont été étudiées. Bien qu'ultérieure chronologiquement, nous allons d'abord présenter la mesure combinée des rythmes cardiaques et respiratoires, ainsi que la détection d'apnées. La méthode est particulièrement peu contraignante puisqu'elle repose sur la mesure de pression dans un brassard destiné à l'évaluation de la tension artérielle, porté au poignet et faiblement gonflé. Nous avons évalué la période des signaux obtenus après décomposition par filtrage en ondelettes, ces signaux étant une image soit du rythme cardiaque, soit de l'activité respiratoire. Nous avons montré qu'il y a une bonne concordance entre les valeurs provenant de nos traitements numériques et celles pouvant être considérées comme des références. Nous avons également mis en évidence des signature d'apnées centrales et obstructives. Par ailleurs, nous avons également cherché à caractériser l'état de l'épiderme à partir de ses propriétés de transmission thermique, ce qui fut l'occasion d'une activité intense au niveau de l'identification d'un modèle de propagation de la chaleur. Nous avons établi quels sont les paramètres qui semblent être les mieux corrélés à l'état de l'épiderme. La retombée la plus importante à nos yeux est une généralisation de la méthode de Prony, qui permet de faire clairement la part des choses entre l'influence des conditions initiales et celle de la commande appliquée au système. Bien que développés dans le cadre d'applications bien définies, nous pensons que les méthodes de mesures et les algorithmes numériques mis au point sont susceptibles de trouver des débouchés dans d'autres branches de l'art de l'ingénieur.(FSA 3) -- UCL, 200