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PNEUM-IA - Un stéthoscope intelligent qui facilite le diagnostic des maladies respiratoires

Ingénierie et Architecture Projets de recherche appliquée et développement Genève

Développer un stéthoscope capable d'interpréter les sons pulmonaires spécifiques de l'asthme, de la pneumonie ou du COVID-19 : c'est l'ambition du groupe de recherche Pneumoscope qui collabore avec une équipe de la Haute école du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève (HEPIA), pour la conception de la partie matérielle du dispositif.

Un million d'enfants dans le monde meurent chaque année des suites d'une pneumonie, selon l'OMS. L'asthme représente la principale maladie chronique des enfants. Quant au COVID-19, il a tué près de 4,5 millions de personnes à ce jour. Ces chiffres montrent l'importance d'un diagnostic et d'un suivi médical performant lors de maladies respiratoires. A l'heure actuelle, le diagnostic s'effectue par auscultation pulmonaire à l'aide d'un stéthoscope et de tests fonctionnels, basés notamment sur l'écoute de la respiration. Ces examens nécessitent une expertise pointue et ne peuvent être effectués que par un médecin.

Afin d'aider les médecins à l'établissement d'un diagnostic, un groupe de recherche a été initié en 2018 par les Hôpitaux Universitaires de Genève (HUG), en partenariat avec l'EPFL et Terre des hommes. Baptisé "Pneumoscope", son objectif consiste à développer un stéthoscope numérique intelligent capable d'interpréter les sons pulmonaires. Ce dispositif de dépistage rapide, peu coûteux et non-invasif, ne nécessite pas de connaissances médicales spécifiques. Il peut donc être utilisé par des infirmiers-ères ou par des patient-es. Destiné en premier lieu pour détecter les crises d'asthme et les pneumonies, le stéthoscope, dont le nom est aussi "Pneumoscope", pourra également être utilisé en cas de COVID-19. Il pourrait s'avérer particulièrement intéressant pour la détection du virus ou pour évaluer l'état des patient-es isolé-es.

Une première partie logicielle du Pneumoscope, basée sur l'intelligence artificielle, a été développée et testée à l'aide de signaux issus d'une base de données de sons biophysiques. La partie matérielle de ce dispositif, qui consiste en un petit boîtier, a de son côté été développé en collaboration avec plusieurs équipes de recherche d'HEPIA dans le cadre du projet PNEUM-IA. Ces dernières ont développé une électronique à faible consommation permettant de traiter les signaux issus des capteurs acoustiques, de les stocker et de les transmettre par liaison sans fil à un smartphone. Afin d'assurer une prise de son optimale, elles ont modélisé la caisse de résonance du dispositif, avant de valider expérimentalement la solution proposée en chambre anéchoïque. Un algorithme basé sur de l'intelligence artificielle pour séparer les sons de la respiration des signaux cardiaques, et les extraire des autres sources de bruit, a ensuite été développé. Pour finir, des capteurs supplémentaires de température et d'oxymétrie ont été intégrés afin d'affiner le diagnostic.

Les compétences interdisciplinaires d'HEPIA - comprenant notamment de l'électronique, de l'acoustique, de la micro-mécanique et de l'informatique - de même que les équipements à disposition au sein de ses laboratoires, ont permis au Pneumoscope de nettement améliorer ses performances. Le principal défi des équipes de recherche a été de miniaturiser des circuits complexes, ainsi que de rendre l'algorithme capable de distinguer la respiration des nombreuses autres sources de bruit.

Sur le point d'aboutir, le prototype livré au groupe de recherche Pneumoscope peut désormais entrer dans la dernière phase de développement avant son industrialisation. Une perspective très motivante pour les équipes de recherche participant à ce projet, tant Pneumoscope pourrait soutenir le travail des soignant-es dans le monde entier. En attendant, l'équipe d'HEPIA poursuivra cette collaboration, notamment pour permettre au stéthoscope intelligent de correspondre à certaines normes - très exigeantes - propres aux dispositifs médicaux.

Un appel à projets destiné aux entreprises impactées par la crise sanitaire

Le projet décrit ci-dessus fait partie d'un appel à projets extraordinaire intitulé "Après Covid-19". Il a été lancé en juillet 2020 par le Conseil de domaine Ingénierie et Architecture de la HES-SO. Ces fonds sont destinés aux professeur-es proches des sociétés de services et d'entreprises suisses impactées par la crise sanitaire. Les hautes écoles concernées par cet appel à projets sont :

  • HE-Arc Ingénierie ;
  • Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg - HEIA-FR ;
  • Haute école du paysage, d'ingénierie et d'architecture de Genève (HEPIA) ;
  • HES-SO Valais/Wallis - Haute Ecole d'Ingénierie - HEI ;
  • Haute Ecole d'Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud - HEIG-VD ;
  • CHANGINS - Haute école de viticulture et œnologie.