Glyc’ami – Solution technique

par     Clara AFONSO-OLIVEIRA | Tianjiao LIU | Hermann KOUAKOU | Sami BONNIN | Etienne ILIOU

V1 – 19  Décembre  2024

 

I – Contexte général

En 2022, la France comptait plus de 4 millions de personnes touchées par le diabète, une maladie chronique dont la prévalence continue de grimper. Entre 2015 et 2022, cette prévalence est passée de 5,6 % à 6,3 %, illustrant une épidémie silencieuse qui s’étend chaque année. Cette évolution est symptomatique d’une crise de santé publique de grande ampleur, exacerbée par nos modes de vie actuels. Mais les habitudes alimentaires et le manque d’activité physique ne sont que la partie visible de l’iceberg.

Les statistiques révèlent que nous faisons face à un phénomène multifactoriel. Les conditions socio-économiques et environnementales, telles que la sédentarité accrue, la précarité alimentaire ou encore les inégalités d’accès aux soins, jouent un rôle déterminant dans cette explosion des cas de diabète. La question de la prise en charge de la maladie devient ainsi un enjeu central, tant pour le système de santé que pour les patients eux-mêmes.

Face à cette situation, il devient indispensable de repenser les dispositifs actuels et d’explorer de nouvelles solutions pour freiner cette progression.

Ainsi, nous avons réalisé un prototype de bracelet connecté à un capteur de glycémie,  qui grâce à un microcontrôleur est capable d’analyser les données de glycémie et de signaler au patient si elle est trop basse ou trop haute . Nous avons ensuite développé une application web capable de se connecter au bracelet et fournir les données de glycémies en temps réel aux aidant.

II- Architecture du système

Le systèmes est composé de 3 partie, le capteur de glycémie qui est sur l’épaule du patient, et qui envoie les données au Bracelet qui recoit les données et émet des signaux de vibration au patient lorsque le taux de glycémie est anormal, et enfin transmet toutes les données au Moniteur externe pour visualisation.

III- Le matériel utilisé

1- Capteur de glycémie

 

Caractéristiques: Capteur freestyle libre 2

• Fréquence radio : BLE 2,402 à 2,480 GHz ; GFSK ; EIRP 0 dBm
• Plage de transmission : 6 mètres (20 pieds) sans obstructions
• Poids : 5 grammes
• Taille : 5 mm de hauteur et 35 mm de diamètre

**Pour fonctionner le capteur de glycémie à besoin d’être connecter sur un patient, pour palier ce problème nous avons utiliser un téléphone mobile pour simuler les valeurs du capteur.

2- Le bracelet

a-La carte de traitement

source : seed studio 

 

Le Xiao ESP NRF52840 est le microcontrôleur principal du bracelet, agissant comme l’unité centrale du système. Il reçoit des données via Bluetooth depuis le téléphone, qui simule le capteur de glycémie, traite ces informations puis transmet les commandes de vibration à l’unité d’exécution (moteur vibratoire) dans le cas où le taux de glycémie est anormale. La carte transmet les données de glycémie au moniteur externe

Caractéristiques: Carte XIAO BLE nRF52840 

• Interface Bluetooth 5.0 (compatible BLE)
• Chargeur LiPo: 50 ou 100 mA
• Dimensions: 21 x 18 mm
• Poids: 32 g

 

b-L’unité d’exécution

source : distrelec.fr

Le Haptic Motor Seeed vibre en fonction des commandes envoyées par la carte xiao, qui ajuste l’intensité et le modèle des vibrations en fonction des données traitées par la carte Xiao ESP NRF52840. C’est l’unité responsable d’alerter, à travers des vibrations, le patient diabétique en cas de valeurs anormales de glycémie, offrant un retour tactile clair et discret pour faciliter la compréhension des informations critiques.

 

Caractéristiques: Grove – Haptic motor

• facilité d’utilisation
• plusieurs modes de vibration
• poids : 12g

c- Le bluetooth (HC-05)

Nous avons utiliser une module Bluetooth comme deuxième unité de communication pour simuler les valeurs du taux de glycémie avec le téléphone, car la carte xiao possédant un communication Bluetooth ne peut se connecter qu’a un seul appareil à la fois.

Caractéristiques: Module Bluetooth HC05

• Alimentation: 3,6 à 6 Vcc (régulateur 3 Vcc intégré)
• Bluetooth: 2.0
• Portée: jusqu’à 10 mètres
• Liaison série: 4800 à 1382400 bauds
• Antenne: 2,4 GHz intégrée
• Sorties: Key, Vcc, Gnd, TXD, RXD et State.
• Dimensions: 35 x 16 x 12 mm

c- Schéma de cablage

3- Le moniteur externe

a- La carte de traitement

Le Raspberry Pi 4 est l’unité centrale du système au niveau du moniteur externe. Elle reçoit les informations traitées par la carte Xiao ESP NRF52840, qui collecte les données transmises par le téléphone via Bluetooth, simulant les valeurs du capteur de glycémie. Le Raspberry Pi 4 a pour rôle de stocker ces informations, permettant leur consultation via une interface web sur un écran.

Caractéristiques: Carte Raspberry Pi 4 B

• 1 x processeur ARM Cortex-A72 64 bits quatre coeurs à 1,5 GHz
• 2 GB de mémoire RAM (existe également en version 1, 2 et 4 GB de RAM)
• 1 x interface Wi-Fi
• 1 x interface Bluetooth
• 2 x ports USB 2.0
• 2 x ports USB 3.0
• 1 x port Ethernet Gigabit
• 2 x ports micro-HDMI pour deux écrans jusqu’à 4k (3840 x 2160 pixels) à 60 FPS
• 1 x port micro-SD
• 1 x connecteur GPIO avec 40 broches d’E/S

 

b- Terminaux utilisateurs

Les terminaux utilisateurs (téléphone, ordinateur tablette) permettent aux personnes aidantes et à la famille de consulter l’historique du taux de glycémie du patient diabétique.

 

4- Le protocol de communication

Le Capteur de glycémie, le bracelet et le moniteur externe communique en Bluetooth Low Energy. Cette technologie a été jugé adapter pour ce projet car les différents éléments du système resterons dans un rayon de 5m.

IV- L’interface utilisateur

1- Tableau de bord

a- Données de glycémie en temps réel sur l’application

Fonctionnalité 

Cette interface de suivi de la glycémie a été conçue pour offrir une visualisation claire et intuitive des données de glycémie de l’utilisateur. Au centre de l’écran, le graphique d’évolution des niveaux de glycémie occupe une place prépondérante, permettant ainsi une compréhension immédiate des variations au fil du temps. La courbe, d’un tracé fluide et dynamique, est ponctuée de repères visuels pour chaque mesure, facilitant la lecture des points de données précis.

Afin de guider l’utilisateur dans l’interprétation de ses résultats, des zones de sécurité ont été définies : une plage normale, mise en évidence par un fond jaune, indique les valeurs acceptables, tandis que les seuils critiques sont matérialisés par des lignes de couleur distincte – rouge pour la limite supérieure et bleu pour la limite inférieure. Ce choix de conception permet d’identifier en un coup d’œil les éventuelles situations d’hypoglycémie ou d’hyperglycémie.

b- Variations des seuils d’alertes de glycémie

Fonctionnalité 

La fonctionnalité de modification dynamique permet à l’utilisateur de personnaliser les seuils d’alertes en ajustant directement les valeurs limites sur le graphique. Grâce à l’ajout de curseurs ou de boutons interactifs, il est possible de définir en temps réel les seuils supérieurs et inférieurs, avec un retour visuel immédiat sous la forme d’un déplacement des lignes rouges et bleues. Ces nouvelles limites sont également affichées sous forme numérique en bas de l’interface pour confirmer les modifications, par exemple : Seuil supérieur : 180 mg/dL et Seuil inférieur : 50 mg/dL.

 

c- Données historiques de glycémie

Fonctionnalité 

Fournir une visualisation des données historiques de glycémie pour aider l’utilisateur à suivre les tendances de santé. Permettre à l’utilisateur de choisir de consulter les données de glycémie sur une semaine.

d – Ajout d’utilisateurs

Fonctionnalité :

Cette interface permet aux administrateurs ou aux utilisateurs principaux d’ajouter ou de gérer les personnes autorisées à recevoir des notifications. Cela est particulièrement utile dans des contextes nécessitant un suivi régulier ou des alertes critiques, comme la surveillance de données médicales (exemple : glycémie), d’appareils connectés ou de systèmes automatisés.

e- Niveau de batterie

 

Fonctionnalité :

Fournir à l’utilisateur le niveau de batterie de son bracelet afin de savoir quand le recharger et si il peut effectuer de longue sortie de son domicile en toute tranquillité sans risquer un arrêt du fonctionnement de son bracelet

2- Le bracelet

a- Conception

 

La conception du corps du bracelet a été effectuée sur thinkercad et fichier de conception est disponible sur le gitlab du projet.

b- réalisation

 

bracelet simple, équipé  d’un vibreur, qui alerte le patient en cas d’anomalie de glycémie par différent paterne de vibration. Cela permet au patient de reconnaître rapidement la situation de sa glycémie et de prendre des mesures en temps utile.

 

V- Résultats et conclusion

Face à l’importance de notre solution pour la prise en charge du diabète, nous envisageons plusieurs axes d’amélioration afin de rendre notre dispositif encore plus performant et adapté aux besoins des utilisateurs.

• Ajouter un bouton pour désactiver les vibrations

Nous souhaitons intégrer un bouton physique directement sur le boîtier du bracelet. Ce bouton permettra à l’utilisateur de désactiver manuellement les vibrations lorsqu’il les juge non nécessaires, tout en continuant à recevoir les données via l’application. Cela réduira les éventuelles gênes causées par des alertes répétées, notamment dans des situations où celles-ci ne sont pas immédiatement pertinentes.

• Paramétrer plusieurs niveaux d’alerte
  Nous allons proposer une gestion plus précise des alertes en intégrant plusieurs niveaux :
  • Hypoglycémie légère à sévère
  • Hyperglycémie modérée à élevée

Chaque niveau sera associé à des seuils spécifiques et des actions adaptées. Par exemple, nous pourrons proposer des alertes plus discrètes pour des écarts faibles et des alertes renforcées pour des niveaux critiques nécessitant une intervention rapide.

• Diversifier les patterns de vibration selon les niveaux d’alerte
  Nous prévoyons d’ajouter différents schémas de vibration pour permettre à l’utilisateur de reconnaître rapidement, sans consulter l’application, le type et l’urgence de l’alerte :
  • Vibration courte et répétée pour une hypoglycémie légère.
  • Vibration longue et continue pour une hypoglycémie sévère.
  • Un schéma alternant pour une hyperglycémie modérée.
    Ces patterns permettront d’améliorer la réactivité des utilisateurs face à ces situations.
• Gérer plusieurs utilisateurs et personnaliser les alertes
  Nous souhaitons intégrer un système multi-utilisateurs permettant une personnalisation avancée des notifications :
  • Patients : Chaque utilisateur pourra ajuster lui-même les seuils d’alerte en fonction de ses besoins (par exemple, choisir d’être alerté dès le niveau 3 ou uniquement au niveau 5).
  • Professionnels de santé : Les endocrinologues recevront uniquement les alertes critiques (niveau 5), ce qui leur permettra de ne pas être submergés par des informations moins pertinentes.
  • Aidants : Les proches ou aidants auront la possibilité de choisir d’être informés uniquement des alertes modérées à sévères.

• Améliorer l’expérience utilisateur grâce à une personnalisation accrue
  Nous envisageons également d’enrichir l’interface de notre application pour maximiser l’adoption de notre solution. Cela inclura :
  • Un tableau de bord intuitif pour suivre les seuils et les tendances en temps réel.
  • La possibilité pour chaque utilisateur de configurer les niveaux de sensibilité des alertes en fonction de ses préférences et de son mode de vie.
  • Des options permettant de désactiver ou d’ajuster certaines alertes en fonction des moments de la journée, comme des alertes plus discrètes pendant la nuit.

En intégrant ces améliorations, nous rendrons notre solution encore plus complète et adaptée aux attentes des patients, des aidants et des professionnels de santé.

VI- Ressources du projet

• Lien du gitlab qui contient les codes de la carte raspberry pi, la carte xiao et de l’interface web

https://gitlab.imt-atlantique.fr/e23iliou/glycami

• Lien d’une vidéo démo du système

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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