Capteurs dans les équipements d’apnée du sommeil et d’étude du sommeil

D’un point de vue médical, les appareils connectés à l’IoT sont développés pour un large éventail d’applications qui incluent le diagnostic et le traitement ainsi que les applications

de surveillance. Les appareils IoMT peuvent fournir des informations en temps réel et en continu à un point central

qui permet aux médecins et autres techniciens médicaux de recueillir en toute sécurité et à distance

un large éventail d’informations diagnostiques et cliniques sur leurs patients. L’analyse

de ces informations, automatiquement et/ou par un professionnel de la santé, peut aider à déterminer les besoins médicaux ou, pour les patients dont l’état est connu, elle peut permettre de les surveiller à domicile, ce qui peut réduire considérablement le coût de la surveillance. Ainsi, les patients peuvent passer plus de temps chez eux dans un cadre plus confortable et libérer des lits pour les autres patients dans les hôpitaux ou autres établissements médicaux.

La surveillance à distance des soins de santé est encore plus importante lorsque les gens ne veulent pas ou ne peuvent pas fournir leurs propres données de santé, par exemple lorsqu’ils dorment. Selon un rapport récent, la surveillance et la thérapie du sommeil constituent le segment du marché des soins de santé IoMT qui connaît la croissance la plus rapide, et le nombre de patients en thérapie du sommeil a plus que doublé ces dernières années.

Ces outils peuvent constituer une option efficace et abordable pour surveiller les habitudes de sommeil d’une personne.
Ils peuvent surveiller les cycles de sommeil d’une personne et suivre les événements inhabituels pouvant être utilisés pour
diagnostiquer l’apnée du sommeil ainsi qu’une multitude d’autres problèmes de santé. Les professionnels
de la santé peuvent utiliser ces informations pour prendre des décisions éclairées sur le traitement d’un patient. Les appareils de thérapie du sommeil
peuvent être utilisés pour contrôler et traiter toute une série de troubles du sommeil. En outre, il existe
des appareils IoMT qui peuvent modérer le ronflement, à défaut de le guérir réellement. Les progrès de la technologie des capteurs
et de la connectivité ont permis toute une série d’avancées dans le diagnostic et
le traitement des troubles du sommeil courants.

Dans le passé, les études sur le sommeil nécessitaient une visite à l’hôpital ou dans un centre du sommeil où le patient était observé pendant une ou plusieurs nuits afin d’obtenir une série de données, notamment :

• le rythme cardiaque et respiratoire
• l’oxygénation du sang
• la quantité de sommeil global
• la durée du sommeil profond
• les cas de ronflement
• les arrêts respiratoires 

Les études cliniques sur le sommeil ont soulevé plusieurs problèmes, notamment les coûts élevés, la réticence de nombreuses personnes à se rendre dans les cliniques et la validité générale des données recueillies dans un environnement clinique par rapport à un environnement domestique normal. Au cours des dernières années, les études sur le sommeil ont migré d’un cadre clinique vers un cadre domestique, ce qui a résolu quelques problèmes mais a rendu la collecte de données sur le sommeil plus difficile.

Des systèmes d’étude du sommeil à domicile ont été développés pour permettre la surveillance continue du rythme cardiaque, de la fréquence respiratoire, des niveaux d’oxygène dans le sang, des arrêts respiratoires ainsi que des systèmes plus sophistiqués qui peuvent également surveiller la position du sommeil ainsi que la température et l’humidité de la pièce et plus encore. Ces systèmes diffusent les données en continu vers le cloud pour les stocker ou enregistrent toutes les données sur la mémoire interne du système. Les données recueillies peuvent ensuite être analysées automatiquement et/ou par un professionnel de la santé pour déterminer le type et la gravité du trouble du sommeil.

Les systèmes de surveillance du sommeil se composent généralement d’un ensemble de capteurs capables de surveiller les paramètres physiologiques, tels que le rythme cardiaque et respiratoire, et les conditions environnementales, telles que la température et l’humidité. Des capteurs capables de déterminer d’autres variables liées au sommeil ou à la respiration, telles que les mouvements du corps, les niveaux d’oxygène dans le sang et la mesure du débit d’air peuvent également être inclus. La gamme de capteurs peut inclure les éléments suivants :

• Capteur de sommeil à film piézoélectrique avec fonction de surveillance du sommeil pour contrôler la fréquence respiratoire, la fréquence cardiaque, l’activité physique, le sommeil profond, le sommeil léger et plus encore
• Photodétecteur SpO² pour mesurer de manière non invasive l’oxygénation du sang
• Capteurs de débit d’air basse pression pour mesurer les pressions pendant l’inhalation et l’expiration
• Capteurs d’humidité et de température pour mesurer la température et l’humidité de l’air pendant l’inhalation et l’expiration

Après le diagnostic de trouble du sommeil, un plan de traitement peut être mis au point et inclure une série d’équipements, un régime alimentaire, des exercices et, souvent, la surveillance des habitudes de sommeil et d’autres données physiologiques.

Le trouble du sommeil le plus courant est l’apnée du sommeil. Il s’agit d’un trouble grave où la respiration du patient s’arrête et reprend de manière répétée. Les patients souffrant d’apnée du sommeil ronflent parfois bruyamment et se sentent souvent fatigués même après une nuit complète de sommeil.

Il existe trois principaux types d’apnée du sommeil :

• L’apnée obstructive du sommeil, la forme la plus courante qui se produit lorsque les muscles de la gorge se relâchent
• L’apnée centrale du sommeil, qui se produit lorsque le cerveau n’envoie pas les signaux appropriés aux muscles pour contrôler la respiration
• Le syndrome d’apnée du sommeil complexe, qui survient lorsqu’une personne souffre à la fois d’apnée obstructive du sommeil et d’apnée centrale

La prise de conscience de ces troubles et la simplicité d’utilisation des appareils ont accru la popularité des appareils de traitement de l’apnée du sommeil. Les tissus mous autour de la gorge, de la langue et du palais peuvent s’affaisser chez certaines personnes pendant le sommeil profond. Cela bloque partiellement les voies respiratoires, ce qui entraîne des ronflements. Le ronflement peut être minimisé en maintenant la trachée ouverte par l’application d’une petite pression d’air positive. Les machines pour le traitement de l’apnée du sommeil ont été conçues dans cet objectif.

Il existe trois principaux types d’appareils à pression d’air positive (PAP) utilisés pour traiter cette pathologie : les appareils CPAP, AutoCPAP et BiLevel. Tous ces appareils contrôlent le flux d’air vers le patient, mais ils le font de différentes manières, avec une complexité et un coût croissants.

CPAP est l’abréviation de Continuous Positive Airway Pressure (pression positive continue des voies aériennes). Ces appareils fournissent un flux d’air constant et continu que le patient doit inspirer, puis expirer. Il s’agit de l’appareil PAP le plus élémentaire qui est le plus souvent prescrit en premier. Dans de nombreux cas, la couverture d’assurance imposera d’abord la CPAP, car elle coûte moins cher et la plupart des patients s’en accommodent bien. L’un des plus grands défis de l’adaptation à la CPAP est la sensation écrasante de ce flux continu de pression d’air lors de l’expiration. La plupart des fabricants proposent une solution à ce problème en détectant et/ou en réduisant la pression de la machine lors de l’expiration.

AutoCPAP - Pression positive continue automatique des voies aériennes (ou APAP). Contrairement à la CPAP qui est réglée pour fournir une pression continue, l’APAP est réglée dans une fourchette de haute et basse pression afin de varier les besoins d’inhalation. La plage est généralement prédéterminée, et ces appareils sont dotés d’une technologie d’algorithme sensible qui permet à la machine de détecter la pression d’inhalation nécessaire à chaque respiration. La théorie qui sous-tend cette plage est que les besoins en pression d’une personne peuvent varier au cours d’une nuit ou d’une heure de sommeil spécifique. Les facteurs susceptibles d’affecter la pression d’inhalation sont la position de sommeil, le froid ou les allergies, la consommation d’alcool et les médicaments.

BiLevel désigne un appareil PAP qui délivre 2 pressions distinctes, l’une pour l’inspiration et la seconde pour l’expiration. Comme il s’agit de l’appareil le plus complexe, il est également le plus coûteux et est généralement réservé aux besoins spéciaux. Comme le BiLevel fonctionne de la même manière qu’un ventilateur, il est couramment utilisé pour les patients souffrant d’autres troubles tels que la SLA, la maladie de Parkinson ou d’autres maladies pour lesquelles les patients ont besoin d’une assistance respiratoire. Cet appareil est également fréquemment prescrit pour les patients qui souffrent d’apnée centrale du sommeil, bien que de nombreux patients souffrant de ce trouble se débrouillent très bien avec la CPAP ou l’APAP.

Un appareil de PAP de base se compose généralement d’un ventilateur ou d’un moteur pour fournir de l’air sous pression, d’un masque pour délivrer l’air et d’un certain type d’affichage de contrôle. Les systèmes plus sophistiqués intègrent des fonctionnalités et des contrôles supplémentaires. Le patient porte un masque qui utilise de la pression pour envoyer de l’air dans les voies nasales afin qu’elles ne s’affaissent pas et ne provoquent pas l’arrêt de la respiration. Une gamme de capteurs est généralement utilisée pour surveiller et contrôler la pression de l’air ainsi que pour surveiller l’environnement et d’autres aspects de l’équipement. Nous fabriquons de nombreux capteurs qui peuvent être utilisés dans les appareils d’apnée du sommeil. Ils sont conçus pour faciliter la surveillance et le contrôle du débit d’air, de la pression d’air, de la température et de l’humidité et pour fournir un retour d’information aux moteurs, ventilateurs et soufflantes.

Lorsque de l’air à basse pression est pulsé en continu dans un masque respiratoire pour apnée du sommeil afin de maintenir la trachée ouverte, l’ajout d’air chaud et humide peut améliorer considérablement le niveau de confort du patient. Plusieurs appareils plus récents pour l’apnée du sommeil sont équipés de cette option. L’humidité dans le flux d’air doit être surveillée et contrôlée. TE propose donc des capteurs spécifiques pour mesurer et réguler l’humidité, la température et d’autres paramètres.

Les capteurs, comme l’électronique en général, continuent d’évoluer avec des empreintes plus petites, une meilleure

précision, des sorties entièrement numériques et une puissance réduite. Le fonctionnement à faible puissance leur permet d’être utilisés

dans une gamme d’applications plus importante, y compris les systèmes alimentés par batterie. Grâce à leur faible encombrement,

les capteurs peuvent être placés plus près du masque respiratoire, ce qui permet d’effectuer

des mesures et des contrôles à l’endroit voulu.

TE a lancé le capteur combiné d’humidité et de température à sortie numérique HTU31 montable en surface dans un boîtier de 2,5 x 2,5 x 0,9 mm. Ces capteurs de haute précision calibrés individuellement sont sérialisés pour garantir la traçabilité et fournissent une précision typique de ±2 % pour l’humidité relative et de ±0,2 °C pour la température. Ils sont fournis dans un boîtier DFN compact à 6 broches, offrent un temps de réponse rapide et ont une consommation d’énergie typique de seulement 3,78 μW. Les capteurs sont disponibles dans un format digital I₂C avec des adresses configurables, ainsi qu’en version analogique.

TE propose également des capteurs basse pression qui peuvent être utilisés pour surveiller et réguler la pression de la ligne qui maintient la trachée ouverte. Des versions différentielles de ces appareils peuvent être utilisées pour contrôler/réguler le débit d’air. Ces capteurs de pression sont proposés dans un boîtier SOIC à 16 broches adapté au montage en surface. TE propose également une large gamme de technologies autonomes de détection de la température qui peuvent être utilisées pour surveiller et contrôler la température de l’air pressurisé dans les applications PAP ou pour surveiller la température de l’air ambiant dans le cadre des applications de surveillance du sommeil. Ces technologies intègrent :

• Des thermistances NTC
• Des RTD en platine
• Des micro-thermocouples
• Des thermopiles
• Des capteurs de température digitaux

Les boîtiers vont d’un nouveau capteur entièrement digital TSYS03 dans un boîtier XDFN6 ultra-compact de seulement 1,5 mm carré x 0,38 mm avec une précision de ±0,5 °C de 0 °C à 60 °C à une large gamme d’assemblages livrés avec une variété de plages de température, de précisions et de tailles.

Enfin, nous fabriquons une gamme de capteurs de position magnétorésistifs anisotropiques (AMR), à monter sur carte ou en surface, qui sont largement utilisés dans les commandes de moteurs et de ventilateurs pour surveiller avec précision la rotation ou le déplacement linéaire. Leur petite taille, leur haute précision et leur grande fiabilité leur permettent d’être intégrés dans de nombreux produits médicaux à domicile compacts et performants, notamment les appareils PAP.