Détection de la désorientation spatiale chez des patients atteints de la maladie d’Alzheimer Ali LARAB, Rémi Bastide et Bernard RIGAUD ali.larab@univ-jfc.fr, ISIS, IRIT, Université de Toulouse. - Ladies and gentlemen hello. - My name is Ali Larab. I’m PhD in computer sciences. I’m from the engineering school: ISIS. - The work that I have to present today is about a “home helthcare system for dependent people”, and it concern especially the Alzheimer patient. GISEH’2010 Gestion et Ingénierie des SystèmEs Hospitaliers 2-4 septembre 2010, Clermont-Ferrand, France.

ABSTRACT Objectif : Comment ? Proposition d’un outil permettant le Maintien à Domicile (MAD) des personnes dépendantes ou des personnes qui ont perdu leur autonomie, t.q. celles atteintes de la maladie d’Alzheimer (1ers stades de la maladie). Comment ? Création d’un lien entre le patient et les centres de télésurveillance  suivi de son comportement à distance  génération d’alerte(s) si observation d’anomalie(s). !!!! - In 2 sentences we can describe our work like this: - We propose a tool allowing the homecare of dependent people who lost their autonomy. - This work has as goal to connect the remote monitoring centres with their patients and generate alarms if an anomaly is observed. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

PLAN INTRODUCTION DESCRIPTION DU PROBLEM CONTRAINTS A RESPECTER. SOLUTIONS PROPOSEES TESTS ET DISCUSSIONS CONCLUSION & PROSPECTIVES - During our presentation we follow this plan: We start with an introduction, and after that we describe exactly the problem in which we are interesting. After we explain the constraints that we must respect. Then we explain our solutions to this problem. Finally we finish our presentation with a a discussion, a conclusion and some perspectives. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

Vieillissement de la population + dépendance INTRODUCTION L’introduction des TIC au sein de l’habitat a facilité et amélioré les conditions de vie de ses occupants. + Vieillissement de la population + dépendance  Le MAD des personnes âgées et/ou atteintes de maladies chroniques devient important. - The introduction of IT within the habitat made possible to facilitate and improve the living conditions of its occupants. - And The increasing of the life expectancy and the aging of population - Make it very important the healthcare for old people and people suffering with chronic diseases. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

INTRODUCTION  Télémédecine Pour continuer à vivre longtemps, ces personnes ont besoin d’assistance dans leur environnement quotidien par : Des centre médicaux spécialisés dans la télésurveillance (et MAD/HAD/SAD... ).  Télémédecine Possibilité de créer une médiation entre le staff médical et la personne à surveiller.  Permettre ainsi à cette personne de revenir vivre chez elle et en toute sécurité car elle sait qu’elle sera surveillée à distance. - So, to continue living alone, those people must be assisted in their daily environment by medical centres specialised in remote monitoring. - The telemedicine is here to makes it possible to create a mediation between the medical staffs end the person who should be taken care. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

DESCRIPTION DU PROBLEME Maladie d’Alzheimer : Maladie neurodégénérative. (24 millions de patients dans le monde. Age général > 65). Les signes cliniques sont caractérisés par une détérioration cognitive progressive, accompagnée d’une baisse des activités quotidiennes et de symptômes neuropsychiatriques ou des changements dans le comportement. Médecine peut aider à réduire les symptômes de la maladie, mais pas à l’arrêter.  SOINS ET MAD. - The Alzheimer dsease is a neurodegenerative disease. that in its most common form is found in people over age 65. (and it concern around 24 million people in the world). - The clinical signs are characterized by progressive cognitive deterioration, together with declining activities of daily living and by neuropsychiatric symptoms or behavioural changes. - Medications can help reduce the symptoms of the disease, but they cannot change the course of the underlying pathology. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

DESCRIPTION DU PROBLEME Soins ou MAD: - 1ère solution: Les centres de soins Ils les rassemblent dans de vastes salle fermées à clé. Problème : centres de soins vues comme des prisons. Ne peuvent pas détecter l’évasion - 2ème solution: Laisser les patients à la maison Nécessite : surveillance à distance  MAD To do this, we have two solutions: we can either put the patients in medical centres or let them return home. In the 1st solution, the medical staff can’t detect the evasion of the people,  so, generally they gather them in large locked rooms.  these medical centres became like prisons for the patients On the other hand, the 2nd solution, as to it require the remotely supervision of those patients. We need to supervise them because (………see the next slide). Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

DESCRIPTION DU PROBLEME Pourquoi superviser à distance ?  Rencontrent des problèmes, particulièrement celui de la “désorientation spatiale” Ce problème se présente différemment si le patient est à l’intérieur (inside) ou à l’extérieur (outside) The patient encountered a “Space confusion problem”. There are 2 cases for this problem, either the patient is inside or is outside. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

DESCRIPTION DU PROBLEME ? 1er cas : Le patient est à l’extérieur ? Le patient quitte sa maison puis ne sait plus comment revenir, car il ne sait pas où il est. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

DESCRIPTION DU PROBLEME 2ème cas : Le patient est à l’intérieur Le patient tourne en rond sans se rappeler de ce qu’il veut faire. Il répète plusieurs fois les mêmes gestes ou le même chemin. In addition to this external confusion, the patient can also be lost at home. He then will turn around without remembering what he wants to do. He will repeat the same gestures or the same way for a long period. The goal of our system is to detect this state and to generate an alarm in the nick of time. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

CONTRAINTES À RESPECTER Solutions à proposer doivent être : applicables à n’importe quel type d’habitation, non onéreuses (Pas de caméras, Utilisation de simples capteurs, Minimisation du nombre de capteurs). Les changements engendrés par la mise en œuvre de la solution ne doivent pas métamorphoser l’aspect initial de l’habitat, afin que le patient : se sente toujours chez lui, ne perde pas ses repères. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Emplacement des capteurs Acquisition des données Traitement des données Gestion des alertes (si détection d’anormalie). Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Insérer dans l’habitat du patient des capteurs. Emplacement des capteurs et acquisition de données Insérer dans l’habitat du patient des capteurs. capables de localiser le patient et de détecter ses mouvements. Localisation du patient : triangulation du signal et Méthode 1 : Graphes des déplacements Méthode 2 : Automates, zones et probabilités In order to know what do the patient we insert in its habitat some sensors. This makes it possible for us to detect the movement and location of the patient. We do not use the video because it disturb the patient in its daily live. We do not use also the GPS (Global Positioning System) because if the people lives in a building and has other flats (apartment) above, we can not detect his movements. To locate the position of the patient in space, we use the signal triangularisation method. This method require 2, 3 or more sensors. It works like this (….. See next slide). Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Méthode de triangulation du signal Emplacement des capteurs et acquisition de données Méthode de triangulation du signal O1 y O x X = f1 o1+ f2 o2 + f3 o3 + f4 o4 +… Y = g1 o1+ g2 o2+ g3 o3 + g4 o4 +… O4 To get the punctual coordinates of the patient, we equip the home with some sensors placed in different places. Each sensors detect each time if there is a movement. The data collected from those sensors enable us to know exactly the position of the patient by using the following formula: X = f1 o1+ f2 o2 + f3 o3 + f4 o4 +… Y = g1 o1+ g2 o2+ g3 o3 + g4 o4 +… O1, O2…. equals to 1 if the sensor has detected a movement if not it equals 0. F1, f2… are formula, they are getting relatively to the positions of the different sensors. O2 O5 O3 Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Méthode des zones Emplacement des capteurs et acquisition de données Méthode des zones Une zone Z est représentée par la valeur a1a2…aN N : nbr de capteurs ai{0,1}. ai = 0 si le champ du détecteur i ne couvre pas la zone z. ai = 1 si le champ du capteur i couvre cette zone. the location and positioning of the 4 sensors has allowed us to have 16 zones. Among them 4 are not covered. Thus, if we fail to detect the patient's position at the moment T, we must look where we was at the moment T-1. It will then automatically affect the uncovered adjacent area. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Méthode des zones Emplacement des capteurs et acquisition de données Méthode des zones  Pour avoir x zones il faut au moins N capteurs, tel que 2N ≥ x. N ≥ ln(x)/ln(2). Pour une chambre de 16 m2, il faut environ 16 zones donc : N = 4. the location and positioning of the 4 sensors has allowed us to have 16 zones. Among them 4 are not covered. Thus, if we fail to detect the patient's position at the moment T, we must look where we was at the moment T-1. It will then automatically affect the uncovered adjacent area. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Méthode des zones Emplacement des capteurs et acquisition de données : Méthode des zones V1 à V4: Zones non couvertes Détection des passages vers les zones: V1, V2, V3 et V4 à l’instant ti  nécessite la connaissance de l’emplacement du patient à l’état ti-1 (état d’avant) ! the location and positioning of the 4 sensors has allowed us to have 16 zones. Among them 4 are not covered. Thus, if we fail to detect the patient's position at the moment T, we must look where we was at the moment T-1. It will then automatically affect the uncovered adjacent area. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Méthode des zones Emplacement des capteurs et acquisition de données : Méthode des zones Le patient ≠ point Le patient = masse volumique Capteur A Capteur B The patient is not a mathematical point, but a 3D object; it has a volume We havn’t a problem with this fact when the patient is inside an area, but it can create some pb when he is in the border. He will be detected by 2 or more sensors Capteur D Capteur C Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Méthode des zones Emplacement des capteurs et acquisition de données : Méthode des zones Le patient ≠ point Le patient = masse volumique Capteur A Capteur B So we create other areas to adapt our solution. We have now 25 areas. Some of them are not covered (B, P, V and L) Other covered by one sensor and other covered by 2 or more sensors --- This habitat can be now represented by an automaton. Each area will be represented by a state Capteur D Capteur C Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Automate B A C F E D G I J K P H X M L Q O Y N R S W The passage from area to another is represented by a link between the two corresponding states. Of course, There is no link between non adjacent area T U V Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Traitement des données Construire le chemin suivi par le patient au fil du temps, suivant l’automate décrit précédemment. Exemple : G  P  Q  H  I  E  J  M  Y  M  N  W  U  W  Y  W  U  W  Y  W  Y… Prendre en compte le temps de transition : G  3 P  1 Q  3 H  3 I  2 E  2 J  3 M  3 Y  3 M  3 N  5 W  6 U  7 W  3 Y  3 W  3 U  2 W  4 Y  3 W  3 Y … Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Caractéristiques d’un comportement anormal : Existence d’une ou plusieurs chaine qui se répète plusieurs fois, Ex. : G  3 P  3 Q  2 H  3 P  3 Q  1 H  P… Cette chaine doit se répéter au moins M fois (borne inf.) sur un intervalle t. Ex. : M=4 GP  3 P  3 Q  2 H  3 P  3 Q  1 H  3 P  3 G  2 H  3 P  3 Q  2 H  3 P  2 G  1 H  1 P  3 Q  3 H  P… Remarque: Si le nombre de caractère de cette chaine est ≥ N (borne sup.), on ne doit pas la prendre en considération (le patient n’est pas dans un état de désorientation spatiale  comportement normal. How to detect an anomaly? An abnormal behavior has some characteristics. The first characteristic is the existence of one or several chain which is repeated several times. In this example, we have the chain PQH which is repeated several times. This chain must be repeated at least M times and contain at least N states. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

SOLUTIONS PROPOSEES Gestion des alertes Si le système de MAD a détecté un comportement anormal, il génère une alerte. Cette alerte est envoyée au centre de télésurveillance. La décision (confirmation ou rejet de l’alerte) revient au centre de télésurveillance (étape du lever-de-doute). Si l’alerte est validée, une décision sera prise (par vidéo (pas audio!) ou intervention du personnel). Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

Architecture et schéma fonctionnel du SDDS. TESTS ET DISCUSSION Architecture et schéma fonctionnel du SDDS. Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

TESTS ET DISCUSSION Relation entre le nombre d’états d’un cycle et le nombre d’alertes correctes Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

CONCLUSION Travail Contexte : ∈ projet de MAD de l’équipe ERISIS But : Amélioration de la vie des personnes dépendantes, particulièrement celle des personnes atteintes d’Alzheimer. Détection du moment où le patient entre dans un état de désorientation spatiale + génération d’alertes. Points d’intérêt : Premiers stades de la maladie Cas: intérieur de l’habitat Tests concluants  il suffit de choisir la bonne configuration Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

PROSPECTIVES Donner un sens à certaines actions effectuées par le patient. (interprétation du parcourt) Ex. Si la position du patient correspond à celle du lit (zone B) alors il est au lit, S’il y reste un temps supérieur ou égal à Tinf_bed alors il dort. S’il y reste un temps supérieur à Tsup_bed, il faut générer une alerte Trouver des moyens permettant la prévention -et non pas seulement la détection- des anomalies ou des accidents. Etendre ces solutions et les adapter à un environnement ouvert et dynamique (extérieur de l’habitat) Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.

Ali LARAB (ERISIS/IRIT) Questions ? Ali LARAB (ERISIS/IRIT) ali.larab@univ-jfc.fr ali.larab@irit.fr Ali Larab, GISEH 2010, Clermont-Ferrand, 2-4 séptembre 2010.