Detection and analysis of ultrasonic signals of a device Doppler multi sensors for monitoring fetal activity
Détection et analyse des signaux ultrasonores d'un dispositif Doppler multi-capteurs pour le suivi de l'activité fœtale
Résumé
The main purpose of this work is to develop tools allowing better analysis of the Doppler signals originating from the fetal activity. The thesis has been realized within the scope of a project RNTS (Réseau National des Technologies pour la Santé) called Actifoetus.
The study consists in processing the signals provided by 12 ultrasonic sensors placed on the maternal belly and connected to a multichannel pulsed Doppler unit developed by the company Ultrasons Technologies, Tours. Each sensor detects the Doppler signals produced by moving fetal structures from 5 successive depths in the maternal uterus.
The principal objective of the project was to extract the parameters reflecting the fetal activity (fetal heart rate and pseudo respiratory, movements of the members and the trunk, response to stimuli...) for the monitoring and the follow-up of the pregnancies.
The second step consists in using these parameters to define, the state of wellbeing or suffering of the fetus for an ambulatory monitoring of certain pregnancies at risk. This application in tele medicine will require the development of a portable system of Holter type.
The first part of the project consisted in participating in the final development of equipment and methods of data acquisition. The largest part of work was then devoted to the development and to the validation of the signal processing strategies of the recorded data on pregnancies from 20 to 30 weeks. These recordings allowed us to demonstrate the quality of the Doppler signals of fetal activity provided by the Actifoetus system, and to validate the use of the Fast Fourier Transform (FFT) and of the Autocorrelation Function (ACF) to detect the cardiac activity and the movements of the fetus. We also could show that the Independent Components Analysis (ICA) method is successful in separating a mixture of several Doppler signals.
The principal originality of work lies in the extraction of statistically relevant information concerning the movements and the rates/rhythms of the fetus starting from several ultrasonic sensors. The correlation of these data with the signals of mother activity (Accelerometer), or of neurosensor stimuli, should allow important clinical applications.
The project is conceived to lead to a marketable apparatus miniaturized starting from the prototype shown in this thesis. The aspects of industrial protection will be examined as well with regard to the apparatus Holter itself, and the algorithms of data processing and fusion.
The study consists in processing the signals provided by 12 ultrasonic sensors placed on the maternal belly and connected to a multichannel pulsed Doppler unit developed by the company Ultrasons Technologies, Tours. Each sensor detects the Doppler signals produced by moving fetal structures from 5 successive depths in the maternal uterus.
The principal objective of the project was to extract the parameters reflecting the fetal activity (fetal heart rate and pseudo respiratory, movements of the members and the trunk, response to stimuli...) for the monitoring and the follow-up of the pregnancies.
The second step consists in using these parameters to define, the state of wellbeing or suffering of the fetus for an ambulatory monitoring of certain pregnancies at risk. This application in tele medicine will require the development of a portable system of Holter type.
The first part of the project consisted in participating in the final development of equipment and methods of data acquisition. The largest part of work was then devoted to the development and to the validation of the signal processing strategies of the recorded data on pregnancies from 20 to 30 weeks. These recordings allowed us to demonstrate the quality of the Doppler signals of fetal activity provided by the Actifoetus system, and to validate the use of the Fast Fourier Transform (FFT) and of the Autocorrelation Function (ACF) to detect the cardiac activity and the movements of the fetus. We also could show that the Independent Components Analysis (ICA) method is successful in separating a mixture of several Doppler signals.
The principal originality of work lies in the extraction of statistically relevant information concerning the movements and the rates/rhythms of the fetus starting from several ultrasonic sensors. The correlation of these data with the signals of mother activity (Accelerometer), or of neurosensor stimuli, should allow important clinical applications.
The project is conceived to lead to a marketable apparatus miniaturized starting from the prototype shown in this thesis. The aspects of industrial protection will be examined as well with regard to the apparatus Holter itself, and the algorithms of data processing and fusion.
Ce travail a pour but essentiel de mettre au point des outils permettant une meilleure analyse des signaux Doppler provenant de l'activité fœtale. Il s'inscrit dans le cadre d'un projet RNTS (Réseau National des Technologies pour la Santé) intitulé Actifoetus. Il consiste à traiter les signaux fournis par 12 capteurs ultrasonores placés sur le ventre maternel et reliés à un appareillage Doppler à émission pulsée multivoies, développé par la société Ultrasons Technologies, Tours. Chaque capteur détecte les signaux Doppler produits par les structures fœtales en mouvement à 5 profondeurs successives dans l'utérus maternel.
L'objectif principal du projet est d'extraire des paramètres reflétant l'activité fœtale (rythmes cardiaque et pseudo respiratoire, mouvements des membres et du tronc, réponse à des stimuli, ...) pour la surveillance et le suivi des grossesses. Une seconde étape était de définir, à partir de ces données, l'état de bien-être ou de souffrance du fœtus en vue d'un monitorage ambulatoire de certaines grossesses à risque. Cette application en télé médecine nécessitera la mise au point d'un système portable de type Holter.
Le travail réalisé a comporté dans un premier temps une participation à la mise au point définitive de l'appareillage et de la méthode de recueil de données. La plus grande partie du travail a ensuite été consacrée à la mise au point et à la validation du traitement des signaux enregistrés sur des grossesses de 20 à 30 semaines. Ces enregistrements ont permis de montrer la qualité des signaux Doppler d'activité fœtale fournis par le système Actifoetus, et de valider l'utilisation de la Transformée de Fourier Rapide (FFT) et de la Fonction d'Autocorrélation (ACF) pour détecter l'activité cardiaque et les mouvements du fœtus. Nous avons pu également montrer que l'Analyse en Composantes Indépendantes (ACI) permet de séparer avec succès un mélange de plusieurs signaux Doppler.
La principale originalité du travail réside dans l'extraction d'informations statistiquement pertinentes concernant les mouvements et les rythmes du fœtus à partir de plusieurs capteurs ultrasonores. La mise en correspondance de ces données avec les signaux d'activité de la mère (Accéléromètre), ou de stimuli neurosensoriels, devrait permettre des applications cliniques importantes.
Le projet est conçu pour déboucher sur un appareil miniaturisé commercialisable à partir du démonstrateur réalisé. Les aspects de protection industrielle seront examinés aussi bien en ce qui concerne l'appareil holter lui-même, qu'au niveau des algorithmes de traitement et de fusion des données.
L'objectif principal du projet est d'extraire des paramètres reflétant l'activité fœtale (rythmes cardiaque et pseudo respiratoire, mouvements des membres et du tronc, réponse à des stimuli, ...) pour la surveillance et le suivi des grossesses. Une seconde étape était de définir, à partir de ces données, l'état de bien-être ou de souffrance du fœtus en vue d'un monitorage ambulatoire de certaines grossesses à risque. Cette application en télé médecine nécessitera la mise au point d'un système portable de type Holter.
Le travail réalisé a comporté dans un premier temps une participation à la mise au point définitive de l'appareillage et de la méthode de recueil de données. La plus grande partie du travail a ensuite été consacrée à la mise au point et à la validation du traitement des signaux enregistrés sur des grossesses de 20 à 30 semaines. Ces enregistrements ont permis de montrer la qualité des signaux Doppler d'activité fœtale fournis par le système Actifoetus, et de valider l'utilisation de la Transformée de Fourier Rapide (FFT) et de la Fonction d'Autocorrélation (ACF) pour détecter l'activité cardiaque et les mouvements du fœtus. Nous avons pu également montrer que l'Analyse en Composantes Indépendantes (ACI) permet de séparer avec succès un mélange de plusieurs signaux Doppler.
La principale originalité du travail réside dans l'extraction d'informations statistiquement pertinentes concernant les mouvements et les rythmes du fœtus à partir de plusieurs capteurs ultrasonores. La mise en correspondance de ces données avec les signaux d'activité de la mère (Accéléromètre), ou de stimuli neurosensoriels, devrait permettre des applications cliniques importantes.
Le projet est conçu pour déboucher sur un appareil miniaturisé commercialisable à partir du démonstrateur réalisé. Les aspects de protection industrielle seront examinés aussi bien en ce qui concerne l'appareil holter lui-même, qu'au niveau des algorithmes de traitement et de fusion des données.
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