Objectif - CAP'Tronic...Prototype de veste (outer garment) Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010 Stockage des données/ sauvegarde dans le dispositif portable Wi-Fi

1

Protection eProtection e--TextilesTextiles::

MicroNanoStructuredMicroNanoStructured fibre systems for fibre systems for

EmergencyEmergency--Disaster WearDisaster Wear

INL, UMR 5270 CNRS-INSA Lyon, France

Equipe Capteurs Biomédicaux

C. Gehin, A. Oliveira, A. Dittmar

http://www.proetex.org/

Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010

Objectif

ProeTEX : vêtement intelligent

pour les pompiers, la

protection civile et les victimes

Monitoring continu des fonctions vitales, localisation des pompiers,

détection de gaz, batteries, etc.

2


Contexte : 23 partenaires

INFM, Italie

Ugent, Belgique

Smartex, Italie

Université de Pise, Italie

DCU, Irlande

CEA, France

CSEM, Suisse

Intelesens, Irlande du Nord

Diadora, Italie

Zarlink, UK

Brunet Lion, France

INSA Lyon

EU Center, Italie

BSPP, France


Communications

(on body et off body)

- Température externe

- Flux thermique

- Accéleromètres

- GPS

- Batteries flexibles

- Antennes textile

- Fréquence cardiaque

- Fréquence respiratoire

- Température interne

- Deshydratation

- SpO2

Activité

Détection CO

Fonctions tee-shirt, veste et bottes

3


Prototype de teePrototype de tee--shirt (inner garment)shirt (inner garment)

Capteurs

• Capteur de Na+

• Capteur de SpO2 dans modèle Protection Civile

• Electrodes ECG

• Température interne

• (Température cutanée, fluxmètre)

Bande détachable

• Capteur piezoélectrique

pour respiration

• Electronique

Protection Civile

Pompiers


Prototype de teePrototype de tee--shirt pour pompiershirt pour pompier

Capteurs• Capteur de Na+

• Electrodes ECG

• Température interne

Tee-shirt de pompier

4


1-Visual alarm module (1x in the FF OG, 2x in the CP OG); 2-acoustic alarm module; 3-

external temperature sensor; 4-Wi-Fi communication module; 5-Professional Electronic Box (PEB); 6-triaxial accelerometers (2x); 7-GPS module; 8-Flexible antenna (2x); 9-

Flexible battery; 10-CO sensor; 11-Heat flux sensor (only FF OG)

1

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1011

2

3

4

56

6

67

8

88

9

10

Prototype de veste (outer garment)Prototype de veste (outer garment)


Stockage des données/ sauvegarde dans le dispositif portable

Wi-Fi si deconnection temporaire du réseau

ElectroniqueElectronique & Communication& Communication

5


ElectroniqueElectronique & Communication& Communication

Transmission sans fil entre la veste et le tee-shirt

Module électronique de la veste


Left Boot:

Activity sensor

Right Boot:

CO2 sensor

BottesBottes

6


�� Tests à la BSPP (Brigade des Sapeurs Pompiers de Paris) (2008)

�� choix et positionnement des capteurs thermiques

�� Tests en laboratoire (Mai - Juin 2010)

- LSS (Laboratory of Sport Science, University of Pavia, Italy)

- CRSSA (Centre Reserche du Service de Santeé Armeé, Grenoble, France)

�� Tests sur terrain (Juin - Juillet 2010)

- APT (International Firefighting, Survival and Rescue at Sea Training Center, Pavia, Italy)

- BSPP (Brigade de Sapeurs Pompiers de Paris, France)

Tests : en laboratoire et sur terrainTests : en laboratoire et sur terrain


Intégration des capteurs thermiques dans la veste

Thermistance sous la

couche externe

Membrane

Couche

interne

Fluxmètre

Couche

externe

7


Thermistance pour

mesure de la

température cutanéeFluxmètre

Mesure de la

température

cutanée

Intégration des capteurs thermiques dans le tee-shirt


Isolation

thermique

Membrane

élastique

Mesure de la

température

interne

Thermistance pour

mesure de la

température interne

Intégration des capteurs thermiques dans le tee-shirt

8


Expérimentation à la BSPP : exposition au feu

Brigade de Sapeurs Pompiers de Paris,

France


Résultats : exposition au feu

Température centrale

Température cutanée

Température veste32

33

34

35

36

37

38

00:00 01:30 03:00 04:30 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Températures centrale et cutanée (°C) Température veste (°C)

Exposition au feu

T cutanée

T centrale

9


-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

00:00 01:30 03:00 04:30 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Flux veste

Température veste

Flux T-shirt

Exposition au feu

Flux thermique (W/m2) Température veste (°C)

Résultats : exposition au feu











10


Fréquence cardiaque, fréquence respiratoire et température centrale comparées

aux signaux de référence (moniteur ECG, spiromètre and température rectale)

Centre de Recherche du Service de Santée des Armées (CRSSA, Grenoble, France)

Université de Pavie (Italie)

ProtocoleProtocole

- Repos 5 minutes

- Marche à 4 km/h et pente à 4% - 15 minutes




- Repos 5 minutes

Tests des capteurs des tee-shirts


Test d’activité à 20°C

6 sujets – 3 sessions

Points bleu : valeurs expérimentales (ProeTEX vs. ECG monitor)

Ligne rouge : comportement idéal (HRProeTEX = HRReference)

Fréquence cardiaque tee-shirt pompier - CRSSA


6 sujets – 3 sessions

11


45 °C

Sessions

Stage

Average

HR

(ProeTEX)

Err ± std

(bpm)

Err > 5

bpm

(%)

Err > 15

bpm

(%)

86 -0 ± 7 29.3 5.9

104 0 ± 11 21.7 7.4

127 -4 ± 7 6.7 1.0

143 -9 ± 16 20.4 6.8

126 -29 ± 50 66.7 42.9

120 -5 ± 30 41.1 23.4

122 -4 ± 20 23.5 9.5

20 °C Sessions

Stage

Average

HR

(ProeTEX)

Err ± std

(bpm)

Err > 5 bpm

(%)

Err > 15

bpm

(%)

Rest 81 -2 ± 6 23.4 4.1

Walk 4% slope 95 -3 ± 11 16.5 9.1

Walk 6% slope 103 -6 ± 20 15.6 9.5

Walk 8% slope 116 0 ± 2 2.4 0.0

Walk 10% slope 125 -1 ± 3 10.2 0.4

Rest 107 1 ± 4 19.6 0.0

Average 107 -2 ± 11 12.9 4.5

0

30

60

Te

mp

s (m

in)

15

error (bpm)

Au début, faible transpiration

(mauvais contact peau-

électrodes)


Fréquence cardiaque tee-shirt pompier - CRSSA


Après 30 min en conditions sévères,

la qualité des signaux diminue (nota : duréee max intervention 20min)

Remarque: dans 4 cas sur 6

interruption des tests pour des

raisons de sécurité (Trectale > 39,5°C)



Points bleu : valeurs expérimentales

(ProeTEX vs. ECG monitor)

Ligne rouge : comportement idéal

(HRProeTEX = HRReference)

Fréquence cardiaque tee-shirt protection civileUniversité de Pavie (Italie) - 3 sujets / 3 sessions

StageAvg HR

(ProeTEX)

Err ± std

(bpm)

Err > 5

bpm (%)

Err > 15

bpm (%)

Rest 91 0 ± 4 21.5 0.4

Walk 4% slope 108 -0 ± 6 17.1 1.9

Walk 6% slope 116 -1 ± 6 8.9 1.2

Walk 8% slope 122 -1 ± 6 6.6 0.5

Walk 10% slope 130 -0 ± 6 7.9 1.1

Rest 111 -1 ± 3 9.2 1.2

Average 116 -1 ± 10 12.4 1.9

Erreur moyenne toujours inférieure

à 5 bpm.

� propriétés élastiques du textile

utilisé pour le tee-shirt

de protection civile

12


� Erreur inférieure à 10% pour 23 (sur 27) acquisitions

� Capteur positionné à l’intérieur de la bande détachable en néoprène

(protection et peu d’artefacts de mouvement)

L’erreur augmente toujours avec le temps et en conditions sévères

� Partiellement dû au déplacement du capteur à l’intérieur de la bande

� Le nombre d’échantillons faux pourrait être réduit en moyennant le

signal avec une fenêtre de largeur 30s à 1min, ou en appliquant un

algorithme d’élimination d’artefacts.

Fréquence respiratoire : conclusion


= test à 20°C

= test à 35°C

= test à 45°C

Erreur moyenne

Tem

pera

ture

err

or

[°C

]

Test ID

* Problèmes techniques

**

**** Mauvais contact entre le

capteur et la peau

**

Température interne tee-shirt pompier - CRSSA

Remarque: 0.5°C correspond àla précision du capteur utilisépour le prototype ProeTEX

13


Comparaison à la température de la chambre climatique

Remarques

• La température mesurée n’est pas la température externe

(capteur dans la veste)

• Objectif : alerter en cas de températures anormalement élevées

(face au feu) ou détecter des expositions prolongées en

environnement froid

• la mesure précise de la température ambiante à l’aide d’un

capteur “wearable” est compliquée à cause de l’influence de la

température corporelle du sujet qui porte le capteur

Température externe veste pompier - CRSSA











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Pompiers face à un feu généré

par du méthane

Au début, repos devant le feu

pendant quelques minutes

Objectif : Etude de la fonctionnalité

de l’équipement en conditions

sévères (température extérieure

supérieure à 60 °C)

TestScore exprimé par les pompiers [1 – 10]

avg ±±±± std

Intensité 8 ± 3

Difficulté 5 ± 3

Test APT – feu extérieur

International Firefighting, Survival and Rescue at Sea Training Center, Pavia, Italy


Fréquence cardiaque

relativement stable

Température interne

toujours inférieure à 37°

carbon monoxide warning

Préparation Lutte contre feuRepos

15


Face au feu:

La température externe

atteint 60 °C

� alarmealarme

Le flux thermique entre

dans la veste et atteint

des valeurs importantes

� alarmealarme

Le capteur de CO détecte

de fortes concentrations

de CO.

� alarmealarme

carbon monoxide warning

Préparation Lutte contre feuRepos


Pompiers face à un feu dans un

container métallique

Objectif : Tester l’équipement en conditions

sévères, dû à:

(1) la durée de l’intervention (environ 30 min)

(2) la température élevée (exposition à des

températures supérieures à 100°C)

(3) la posture des pompiers (sur les genoux,

pour éviter l’exposition aux températures

élevées)

(4) présence de fumées toxiques

Test 3Score exprimé par les pompiers [1 – 10]

1 2

Intensité 4 5

Difficulté 4 3

Test BSPP – feu dans un container

16


Activité physique:

Fréquence cardiaque en augmentation (pas

de danger),

Fréquence respiratoire stable (sauf pendant

marche),

Augmentation de la température interne

(jusqu’à 39°C, limite du seuil d’alarme)

walk firefighting rest

Lutte contre le feu :

La température externe atteint 120°C

pendant l’activité � alarmealarme

Le capteur de flux thermique détecte de

fortes valeurs (sature très vite à sa valeur

max positive) � alarmealarme

Le capteur de CO détecte des

concentrations supérieure à 100 ppm

� alarmealarme

walk firefighting rest


TestScore exprimé par les pompiers [1 – 10]

1 2

Intensité 10 10

Difficulté 9 10

Test BSPP – entraînement physique intense et

marche dans une chambre enfumée

Pompiers équipés de bouteilles et appareils

externes de respiration

Activité physique intense de 15 min (course

sur une pente, échelles…)

Puis, entrée dans une chambre noire à

environ 60 °C, avec présence d’une fumée

dense toxique

Les pompiers devaient marcher et bouger

pendant 10min

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Etat physiologique

Fréquence cardiaque élevée

pendant l’activité physique

(jusqu’à 190 bpm).

Performance du capteur

dégradées pendant la seconde

partie du test

rest exercise rest smoky chamber

Augmentation de la température interne (jusqu’à 40°C)

� l’exercice doit être stoppé – température interne trop élevée


Conditions environnementales

rest exercise rest smoky chamber

Conditions sévères pendant l’exploration de la chambre

enfumée (température supérieure à 40°C et en

augmentation, flux thermique supérieure à 100 W/m2,

concentration de CO 3 fois supérieure au seuil de l’alarme

Moyennes pendant l’exercice

physique (faible température

environnementale inférieure à

40°C, flux thermique proche de

0 W/m2, pas de CO détecté)

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At-Site, wireless vital signs monitor

In-hospital, wireless vital signs monitor

pulse

ox

Monitors Victims

Assists Triage

Expedites hospital admission

temp

resp

ecg

motion

ecg

SpO2

temp

resp

motion

Victim patch (non textile) developed by Victim patch (non textile) developed by IntelesensIntelesens

Documents

Objectif - CAP'Tronic...Prototype de veste (outer garment) Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010 Stockage des données/ sauvegarde dans le dispositif portable Wi-Fi