Estimation of tidal volume in a pediatric setting using depth camera

Résumé

L’insuffisance respiratoire fait partie des maladies attachées à la race humaine et ce indépendamment de l’âge. Elle peut surgir à n’importe quel moment, et peut être détectée par l’étude de mesures respiratoires telles le volume d’air inspiré et la fréquence de respiration par le clinicien. Mais l’analyse de ces paramètres est très difficile à l’oeil nu spécifiquement du volume et spécialement quand il s’agit des enfants. Dans le but de palier à ce problème rencontré lors des diagnostics, ce projet de recherche a pour objectif de mettre en place une approche plus efficiente et efficace pour l’analyse des mesures respiratoires. Principalement, la conception et développement d’un système informatisé et autonome basé sur des images 3D, ce qui permettrait d’étudier le volume d’air inspiré et expiré en se basant sur le mouvement thoraco-abdominal ainsi que l’étude de la fréquence respiratoire dans le but de détecter une insuffisance respiratoire. Une méthodologie a été proposée pour arriver à cette fin dans le département pédiatrique. Cette méthodologie consiste en l’acquisition d’image 3D du patient pendant la respiration avec une caméra KINECT Azure positionnée au-dessus du patient, suivi d’une reconstruction de l’image obtenu puis de l’analyse de cette image en créant des graphes sinusoïdaux pour représenter les cycles respiratoires dans l’acquisition utilisant Matlab et CloudCompare. La détection des cycles respiratoires permet de calculer par soustraction le volume d’air inspiré. Les cycles respiratoires sont détectés grâce à la position de l’abdomen et du thorax à chaque instant (abaissé en expiration et remonté en inspiration). La fiabilité et l’exactitude de la méthode ont été examiné en réalisant plusieurs tests sur des patients réels et des mannequins, comparant les résultats obtenus par la méthode aux résultats réels. Les tests de fins d’inspirations et d’expirations ont été comparé aux résultats détectés visuellement par un médecin ce qui a donné des erreurs de 1-3 frames. Les tests ont été faits sur mannequin et sur patient réel. Un test sur patient réel a donné le frame 1 pour fin d’inspiration premier cycle, frame 27 pour second cycle et le frame 60 pour troisième cycle. Pour la fin de l'expiration, nous avons obtenu les images 13, 43 et 70 pour les premier, deuxième et troisième cycles respectivement. Après l’analyse, le clinicien a détecté les frames 3, 27, 57 pour fin d’inspiration du premier, deuxième et troisième cycle respectivement. Pour la fin de l'expiration, les trames 12, 45 et 70 pour le premier, le deuxième et le troisième cycle. Par rapport au volume respiratoire, les tests ont été comparés aux valeurs d’un ventilateur ce qui a donné une erreur en moyenne de 14%. Les tests montrent l’efficacité du système et prouvent également que c’est un système prometteur. Il sera d’une grande aide en situation de manques d’experts, de pandémie et surtout en pédiatrie ou les patients sont de bas âge avec des volumes respiratoires très minimes et système immunitaire plus fragile.

Date	12 sept. 2023
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Rita Noumeir (Directeur(-trice)) & Philippe Jouvet (Codirecteur(-trice))