›› Contexte médical

Les maladies cardiovasculaires représentent une des premières causes de mortalité dans le monde(pour plus d'informations consulter le site de l'Organisation Mondiale de la Santé). Les Unités de Soins Intensifs pour coronariens ont été créées dans les années 1960 pour surveiller les patients hospitalisés après un problème cardiaque. Elles ont pour but d'analyser en ligne les signaux cardiaques (ECG et pression), de détecter les situations anormales, de caractériser en ligne les arythmies cardiaques (pour plus d'informations sur les arythmies cardiaques, cliquer ici) et de générer des alarmes provoquant une action de prévention ou de soin thérapeutique. Des résultats probants ont été observés en diminution de la mortalité mais force est de constater que le nombre de fausses alarmes (cf. la thèse Thierry Soulas) demeure trop important et constitue un frein à leur expansion.

›› Objectifs

Le projet Calicot a pour objectif de développer un système intelligent de monitoring cardiaque répondant aux objectifs des Unités de Soins Intensifs pour coronariens tout en minimisant les taux de fausses alarmes. L'approche proposée associe

• le traitement du signal, visant en particulier
1. l'amélioration de la phase d'analyse par fusion de différentes modalités (ECG et pression),
2. l'adaptation au contexte d'analyse,
• les techniques d'intelligence artificielle capable de générer des connaissances spécialisées apprises automatiquement en contexte, au lieu des connaissances d'experts ou de seuils pré-établis.

›› Architecture

Architecture générale

1 - En ligne - module d'abstraction temporelle : prend en entrée le signal cardiaque (ECG), l'analyse au moyen d'algoritmes de traitement de signal dédiés à la détection du complexe QRS et de l'onde P, et fournit, grâce à des techniques de classification, une description symbolique du signal en terme d'événements datés.

2 - En ligne - module de diagnostic par reconnaissance de chroniques : analyse le flux d'événements fourni et cherche à reconnaître les motifs ou chroniques caractéristiques de troubles arrythmiques. Pour plus d'infos sur le diagnostic par reconnaissance de chroniques, voir la bibliographie de CRS.
L'outil de reconnaissance de chronique utilisé est CRS.

3 - Utilisé en ligne - Base de chroniques : La base de chroniques rassemble l'ensemble des chroniques caractéristiques des pathologies cardiaques à détecter. Une chronique est un motif formé d'un ensemble d'événements contraints temporellement permettant de diagnostiquer l'occurrence d'une situation, ici une arythmie.

3bis - En ligne - Pilote : Le pilote a pour charge d'adapter le système de diagnostic au contexte. Deux voies sont possibles pour adaptater le calcul à la situation courante  :

• choisir le meilleur algorithme de traitement de signal. En fonction du contexte, ici le type et le niveau du bruit, et grâce à un ensemble de règles expertes, l'algorithme de détection du complexe QRS le plus adapté est utilisé pour l'analyse du signal en cours.
• choisir le meilleur niveau d'abstraction pour le langage de reconnaissance de chroniques. La base de chroniques contient des ensembles de chroniques décrites à des niveaux de granularité différents. Au niveau le plus abstrait, seuls les événements portant sur la forme du QRS sont utilisés; la spécification peut être précisée en ajoutant des informations/contraintes temporelles ou des informations sur l'onde P, par exemple... Le pilote choisit le niveau de langage le mieux adapté au contexte en utilisant des règles expertes.

4 - Hors ligne - Module d'apprentissage des chroniques. A partir d'un ensemble d'exemples de signaux étiquetés par des arythmies cardiaques, ce module a la charge de construire les motifs ou chroniques discriminants qui permettront de diagnostiquer les arythmies cardiaques. Ce module utilise des techniques d'apprentissage automatique de type PLI (programmation logique inductive). Pour plus d'informations sur la PLI, voir ici.

Un article en français sur le monitoring en ligne d'arythmies cardiaques par reconnaissance de chroniques : voir l'article.