Nouvelle approche pour l'estimation de la saturation en oxygène du sang artériel en utilisant un capteur multispectrale

par Alejandro Von chong echevers

Thèse de doctorat en STIC (Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication) - ED EM2PSI

Sous la direction de Olivier Romain et de Aymeric Histace.


  • Résumé

    Ce manuscrit présente les travaux réalisés pour la mise au point d’un système d’estimation du taux d’oxygénation connu aussi sous le nom d’oxymètre de pouls. Ledit outil est indispensable, notamment dans le domaine médical, pour la surveillance des patients lors des interventions anesthésiques, pour les soins post-opératoires et aux urgences puisqu’il fournit de l’information relative à l’efficacité respiratoire et au rythme cardiaque. Le principe d’opération de ce dernier est basé sur la différence en absorption optique entre le sang oxygéné et le sang désoxygéné à l’aide d’une photodiode simple comme moyen de détection. Dans ce travail de recherche, nous introduisons une nouvelle méthode basée sur la différence des spectres d’absorption entre le sang oxygéné et le sang désoxygéné en utilisant un photodétecteur multispectrale.En premier lieu, une introduction et une analyse de l’état de l’art sont faites afin de mieux comprendre la théorie derrière l’oxymétrie de pouls et de mettre en évidence les limitations des méthodes actuelles, ce qui nous permettra de positionner scientifiquement et techniquement les contributions. Ensuite, une explication détaillée du système conçu, concernant l’électronique, l’acquisition et traitement des signaux est décrite.Finalement, nous présentons les résultats obtenus avec la méthode proposée. D’abord, une preuve de concept à plusieurs longueurs d’onde a été faite avec un spectromètre comme moyen de détection afin de valider le principe de fonctionnement de notre méthode. Pour ce faire, nous avons effectué des tests de désoxygénation par rétention de la respiration conjointement avec un oxymètre de haute gamme comme moyen de comparaison. Une fois le principe validé, nous avons remplacé le spectromètre par un capteur multispectrale. Nous avons alors montré que les estimations faites avec notre méthode, en régime stable, tombaient dans la tolérance permise par la norme ISO régulant les oxymètres de pouls.Ces travaux ouvrent une voie alternative et complémentaire à l’étude de l’oxymétrie de pouls capable de surmonter plusieurs limitations présentes dans la technique conventionnelle, en particulier dans le cadre du design d’implants autonomes. Des essais cliniques à venir permettront d’approfondir sur l’utilité de cette méthode et ses limitations.

  • Titre traduit

    Novel approach for the estimation of the arterial blood oxygen saturation using a multispectral sensor


  • Résumé

    This manuscript presents the work done to develop an alternative system for the estimation of the oxygen saturation of blood, also known as pulse oximeter. It is an essential tool, especially in the medical field, for patient monitoring during anesthesia procedures, post-operative care and emergencies, since it provides information related to the respiratory efficiency and heart rate. The principle of operation of the latter is based in the difference in optical absorption between oxygenated blood and deoxygenated blood using a simple photodiode as the sensor. In this research work, we introduce a new method based on the difference between the absorption spectrum between oxygenated blood and deoxygenated blood using a multispectral photodetector.In the first place, an introduction and analysis of the state of the art are made to better understand the theory behind pulse oximetry and highlight the limitations of current methods, which will allow us to position ourselves scientifically and technologically, for our contribution. Then, a detailed explanation of the designed system, concerning the electronics, the acquisition and signal processing is described.Finally, we present the results obtained with our proposed method. First, a proof of concept at several wavelengths was made with a spectrometer as a means of detection to validate the principle of operation. To accomplish deoxygenation, breath holding tests were carried out in conjunction with a high-end oximeter as a means of comparison. Once the principle was validated, we replaced the spectrometer with a multispectral sensor. We found that the estimates made with our method, under stable state conditions, fell within the tolerance allowed by the ISO standard regulating pulse oximeters.Since this is a new principle, we consider that with this work, we open an additional path to the study of pulse oximetry which might allow to overcome several limitations present in the conventional technique. Future clinical trials will explore the usefulness of this method and its limitations.


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