• Langue : Français
• Discipline : Informatique, Automatique
• Identifiant : 2020LILUI078
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 11/12/2020

Résumé en langue originale

L’énurésie, terme médical désignant le « pipi au lit », est une incontinence urinaire intermittente survenant pendant le sommeil chez l’enfant de plus de 5 ans. Environ 15% des enfants en souffriraient. Vivre avec l’énurésie peut engendrer une lourde charge émotionnelle et logistique quotidienne à la fois sur l’enfant mais aussi sur sa famille. La thérapie comportementale par alarme, dite « pipi-stop », a été rapportée comme le traitement le plus efficace, devant l’intervention médicamenteuse. Cependant ces alarmes sont généralement difficilement acceptées par l’enfant de par leur encombrement qui les rend désagréables à porter. Dans la première partie de cette thèse, des électrodes textiles capables de détecter l’incontinence urinaire ont été développées, caractérisées puis intégrées dans un caleçon afin d’améliorer le confort, donc l’acceptabilité du dispositif « pipi-stop ». Cependant, l’utilisation de ces dispositifs ne soulage pas immédiatement les familles du fardeau logistique imposé par l’énurésie (réveils nocturnes, lavages des draps) car des améliorations significatives ne sont observables qu’après quelques semaines de thérapie. C’est pourquoi, dans cette thèse de doctorat, un capteur textile non-invasif capable d’estimer le taux de remplissage de la vessie de l’enfant a été développé. Ainsi l’incontinence urinaire peut être anticipée donc évitée par le réveil de l’enfant avant même que celle-ci ne se produise. Cette estimation en temps-réel du volume de la vessie est basée sur des mesures de bio-impédance à l’aide de quatre électrodes textiles. La bio-impédance consiste à mesurer la résistance des tissus humains à un courant électrique sinusoïdal de haute fréquence (≈50 kHz) et de faible intensité (≈70 µA). L’urine, riche en ions, étant un bon conducteur électrique, ses variations de volume entraînent théoriquement des variations de résistance remarquables dans la cavité pelvienne. Au préalable une modélisation 3D de la cavité abdomino-pelvienne a donc été réalisée pour effectuer une simulation numérique de la réponse des tissus humains au passage d’un faible courant électrique. Le positionnement des électrodes le plus adapté, pour détecter des variations du volume de la vessie, a été déterminé à l’aune de cette simulation. Par la suite, un banc de test a été réalisé pour démontrer la faisabilité de monitorer le volume de remplissage de la vessie à l’aide de capteurs textiles, positionnés sur le bas abdomen. Ce banc se compose notamment d’une reproduction d’un pelvis humain, qui a été reconstitué à l’aide d’un mannequin rempli d’agar et incorporant une vessie ainsi que de la peau de porc. Cependant, la complexité du corps humain ne pouvant être strictement reproduite, de nombreuses mesures ont aussi été réalisées sur des sujets humains, ayant au préalable donné leur consentement écrit. Des corrélations ont pu être établies entre les variations de l’amplitude de la résistance du bas abdomen et le volume de la vessie. Ainsi, il est effectivement possible d’estimer le volume de remplissage de la vessie à partir de variations de bioimpédance. Cependant l’anticipation personnalisée de la miction de chaque enfant nécessite un apprentissage automatique du système durant les premiers jours d’utilisation. Cet apprentissage repose sur le traitement conjoint, par un algorithme, des mesures réalisées par les deux types de capteurs textiles (mouillage et impédance) développés dans ce travail. La résistance de ces électrodes textiles au lavage en machine ainsi qu’à la corrosion par l’urine, a été testée en vue d’une mise sur le marché. L’acceptabilité du dispositif a été évaluée auprès d’une équipe médicale ainsi que d’enfants énurétiques et leur famille. Bien que conçu spécifiquement dans le cadre de l’énurésie durant cette étude, le dispositif développé semble pouvoir aussi améliorer la qualité de vie des nombreux adultes souffrant d’incontinence urinaire.

Résumé traduit

Enuresis is the involuntary voiding of urine during sleep in a child older than five years old. This urinary trouble which can be very embarrassing for the child and his family affects almost 10% of children. To improve their life a smart underwear, integrating textile electrodes, has been designed and fabricated in the presented work. This underwear is able to monitor continuously and unobtrusively the child’s bladder fullness in order to wake him up before the incontinence. Hence the child psychological burden of enuresis is alleviated. Also it enables him to become autonomous in managing his trouble on his own by relieving his parents from changing his bed sheets.To achieve this monitoring, a textile moisture sensor and textile electrodes (also referred to as textrodes) that enable bioimpedance measurements have been seamlessly embedded into the underwear. Those textrodes have been extensively characterized in the first part, in particular their withstanding to domestic washing. To prove the concept of evaluating the urinary bladder volume with textrodes, a pelvic phantom incorporating ex vivo pig’s skin and bladder has been designed and fabricated. Also, a numerical simulation, based on a 3D reconstruction of the abdomen has been realized. The best electrodes’ locations on the abdomen have been discussed regarding the obtained results. In the last part, bladder volume variations were recorded live on individuals that were urinating. Also, the underwear has been worn by individuals to evaluate potential noises on the signal, coming from other physiological process like respiration. The device’s acceptability has been evaluated by doctors and enuretic children. As every child is unique, a learning algorithm is needed to learn the voiding patterns of everyone. Consequently, incontinence can be personally anticipated. Besides, the child’s bladder capacity is supposed to be increased progressively by a training program to reach those of non-enuretic children. A dedicated smartphone application, enabling both parents and children to follow the children’s progress, has been designed. The enuresis problem has been gamified to motivate the children.Although, the presented system was specifically designed for enuresis, it can be easily transposed to tackle other forms of urinary incontinence in senior or people suffering from spinal cord injuries.