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Dans la lignée du Challenge Impact » organisé par element14 et destiné à concevoir de nouveaux produits vestimentaires, voici le second billet exclusif pour MDT, dans lequel nous explorerons les tenants et aboutissants de la création d’appareils médicaux portatifs.

Le challenge Sudden Impact bat son plein et nos participants continuent, grâce à divers designs plus novateurs les uns que les autres, à accompagner une multitude de sports. Les traumatismes crâniens et internes demeurent deux des sujets les plus débattus entre les chercheurs et le personnel médical, mais comment les ingénieurs-concepteurs peuvent-ils mesurer l’« impact » de ces blessures ? Comment l’« impact » peut-il être défini et quelles en sont les limites ? Voilà quelques-unes des questions auxquelles nos participants devront répondre avant même de commencer à essayer de donner vie à leurs idées.

Pour les finalistes du Sudden Impact, qui viennent des quatre coins du monde, il aura été essentiel de vérifier que leurs concepts répondaient aux normes de leurs pays respectifs concernant la définition et la mesure des blessures. Les challengers réaliseront vite qu’avant même de pouvoir devenir réalité leurs designs devront respecter les règlements scientifiques et médicaux, garants de la précision et de la pérennité des diagnostics transmis. Cette dernière, d’ailleurs, présente un caractère particulièrement important pour les entraîneurs et athlètes qui s’appuieront sur les données transmises par ces appareils faits main.

En d’autres mots, nos ingénieurs-concepteurs doivent s’assurer que leurs produits ne risquent pas de communiquer des informations erronées à l’utilisateur, ce qui pourrait entraîner des conséquences graves, notamment si une blessure existante n’est pas précisément détectée.

Le concept de l’Allemand Hendrik Lipka s’adresse avant tout aux skieurs et aux footballeurs et a deux fonctions principales : surveiller le rythme cardiaque de l’athlète pendant son entraînement, et, monté sur le casque, faire office de dispositif de surveillance d’impacts survenant lors des compétitions. Les recherches menées par Hendrik sur l’appareil se sont concentrées sur les aspects biologiques et médicaux, et c’est dans ce contexte qu’il a découvert le « Critère de blessure à la tête », communément appelé « HIC » (Head Injury Criterion).

Le HIC permet de détecter l’effet et la durée de l’accélération et de la décélération au moment de l’impact sur la tête, et est devenu un moyen reconnu pour tester la durabilité et la sécurité des équipements sportifs et de

La formule du HIC utilise une courbe d’accélération pour calculer une accélération moyenne pendant une durée spécifique, généralement 15 ms mais pouvant varier entre 3 ms et 36 ms. Une valeur maximale est ensuite calculée à l’aide de la durée totale, permettant ainsi de déterminer l’impact de la force d’accélération sur la tête. Chose intéressante, différentes variables peuvent être substituées au sein de la formule afin de la rendre applicable à d’autres parties du corps. Dans la vie réelle, la formule du HIC pourrait par exemple être utilisée pour détecter une brusque interruption de l’accélération du footballeur entrant en collision avec un autre joueur sur le terrain.

Maintenant, si la formule du HIC semble parfaitement s’adapter à son concept, Hendrik admet certaines difficultés quant à la théorie. L’accéléromètre de la série ADXL d’Analog Devices n’enregistre que 800 ou 1600 mesures par seconde, rendant la précision souhaitée beaucoup plus difficile à obtenir. Idéalement, pour calculer au mieux les totaux dans un laps de temps spécifique par une simple multiplication et une division, ces mesures devraient être prises toutes les millisecondes.

À partir de là, le principal défi d’Hendrik consiste à programmer son casque pour calculer l’accélération avec assez de précision et de rapidité, sans toutefois compromettre la durée de vie de la batterie.

Autre finalise du Sudden Impact organisé par element14, le Canadien Kas Lewis a imaginé un casque multisports pouvant enregistrer les coups de chaleur, les crises cardiaques et les commotions. Contrairement à de nombreux casques proposés depuis le début du challenge, celui de Kas sortait du lot par sa capacité à mesurer des blessures récurrentes à la tête, dites « commotions répétées ».

On imagine bien que les blessures dues à un impact isolé ont un effet à long terme sur le cerveau, mais il est généralement admis que les commotions répétées sont bien plus dangereuses, du fait qu’elles ne laissent au cerveau que trop peu de temps pour se remettre d’un impact avant que le suivant ne survienne. Dans ce contexte, le casque conçu par Kas convient parfaitement aux sports de contact comme le football où les blessures sont courantes et peuvent avoir de graves conséquences à long terme pour le joueur.

Le concept de Kas intègrera un capteur thermique détectant toute température anormale du corps, et deux accéléromètres distincts enregistrant extrêmement précisément la gravité de chaque commotion. L’appareil sera notamment doté de systèmes d’enregistrement et de transmission des données utilisant le CC3100 et le MSP430F5529 pour collecter et télécharger sur le Cloud les informations en temps réel vers un système de type Plot.ly.

Cependant, tout comme Hendrik, Kas se voit confronté à plusieurs obstacles du fait que « la communauté scientifique ne voit pas clairement comment mesurer [l’impact des commotions répétées]. » Les professionnels du domaine de la santé ont reconnu que des recherches étaient toujours en cours sur la manière de diagnostiquer et de surveiller ces traumatismes.

Lorsqu’on traite des commotions habituelles, certains symptômes sont connus (pertes de mémoire, maux de tête, etc.) et on dispose d’outils pouvant faciliter le diagnostic (IRM et radiographies). Mais les caractéristiques d’une commotion répétée n’ayant à ce jour pas été clairement définies, Kas devra se demander si une simple surveillance des blessures suffit.

La conception de technologies étudiant les impacts et les blessures et devant répondre aux critères des secteurs médicaux et sanitaires est un éternel sujet chez les professionnels. Les difficultés rencontrées par Hendrik et Kas illustrent véritablement la manière dont ces débats doivent être menés si des ingénieurs devaient être amenés à résoudre des problèmes de la vie courante avec des concepts nouveaux et innovants.

Cependant, tant qu’un consensus médical universel sur chaque maladie n’est pas trouvé, les concepts des ingénieurs devront rester flexibles et fluides, et anticiper les évolutions des normes médicales qui n’ont à ce jour pas été entérinées. Voilà un des défis majeurs que les concepts des finalistes du Sudden Impact devront relever et nous étudierons, dans notre prochain billet, dans quelle mesure ces compromis affectent la fonctionnalité de leurs systèmes.

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