1
Protection eProtection e--TextilesTextiles::
MicroNanoStructuredMicroNanoStructured fibre systems for fibre systems for
EmergencyEmergency--Disaster WearDisaster Wear
INL, UMR 5270 CNRS-INSA Lyon, France
Equipe Capteurs Biomédicaux
C. Gehin, A. Oliveira, A. Dittmar
http://www.proetex.org/
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Objectif
ProeTEX : vêtement intelligent
pour les pompiers, la
protection civile et les victimes
Monitoring continu des fonctions vitales, localisation des pompiers,
détection de gaz, batteries, etc.
2
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Contexte : 23 partenaires
INFM, Italie
Ugent, Belgique
Smartex, Italie
Université de Pise, Italie
DCU, Irlande
CEA, France
CSEM, Suisse
Intelesens, Irlande du Nord
Diadora, Italie
Zarlink, UK
Brunet Lion, France
INSA Lyon
EU Center, Italie
BSPP, France
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Communications
(on body et off body)
- Température externe
- Flux thermique
- Accéleromètres
- GPS
- Batteries flexibles
- Antennes textile
- Fréquence cardiaque
- Fréquence respiratoire
- Température interne
- Deshydratation
- SpO2
Activité
Détection CO
Fonctions tee-shirt, veste et bottes
3
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Prototype de teePrototype de tee--shirt (inner garment)shirt (inner garment)
Capteurs
• Capteur de Na+
• Capteur de SpO2 dans modèle Protection Civile
• Electrodes ECG
• Température interne
• (Température cutanée, fluxmètre)
Bande détachable
• Capteur piezoélectrique
pour respiration
• Electronique
Protection Civile
Pompiers
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Prototype de teePrototype de tee--shirt pour pompiershirt pour pompier
Capteurs• Capteur de Na+
• Electrodes ECG
• Température interne
Tee-shirt de pompier
4
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
1-Visual alarm module (1x in the FF OG, 2x in the CP OG); 2-acoustic alarm module; 3-
external temperature sensor; 4-Wi-Fi communication module; 5-Professional Electronic Box (PEB); 6-triaxial accelerometers (2x); 7-GPS module; 8-Flexible antenna (2x); 9-
Flexible battery; 10-CO sensor; 11-Heat flux sensor (only FF OG)
1
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1011
2
3
4
56
6
67
8
88
9
10
Prototype de veste (outer garment)Prototype de veste (outer garment)
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Stockage des données/ sauvegarde dans le dispositif portable
Wi-Fi si deconnection temporaire du réseau
ElectroniqueElectronique & Communication& Communication
5
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
ElectroniqueElectronique & Communication& Communication
Transmission sans fil entre la veste et le tee-shirt
Module électronique de la veste
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Left Boot:
Activity sensor
Right Boot:
CO2 sensor
BottesBottes
6
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
���� Tests à la BSPP (Brigade des Sapeurs Pompiers de Paris) (2008)
���� choix et positionnement des capteurs thermiques
���� Tests en laboratoire (Mai - Juin 2010)
- LSS (Laboratory of Sport Science, University of Pavia, Italy)
- CRSSA (Centre Reserche du Service de Santeé Armeé, Grenoble, France)
���� Tests sur terrain (Juin - Juillet 2010)
- APT (International Firefighting, Survival and Rescue at Sea Training Center, Pavia, Italy)
- BSPP (Brigade de Sapeurs Pompiers de Paris, France)
Tests : en laboratoire et sur terrainTests : en laboratoire et sur terrain
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Intégration des capteurs thermiques dans la veste
Thermistance sous la
couche externe
Membrane
Couche
interne
Fluxmètre
Couche
externe
7
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 201013
Thermistance pour
mesure de la
température cutanéeFluxmètre
Mesure de la
température
cutanée
Intégration des capteurs thermiques dans le tee-shirt
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 201014
Isolation
thermique
Membrane
élastique
Mesure de la
température
interne
Thermistance pour
mesure de la
température interne
Intégration des capteurs thermiques dans le tee-shirt
8
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Expérimentation à la BSPP : exposition au feu
Brigade de Sapeurs Pompiers de Paris,
France
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Résultats : exposition au feu
Température centrale
Température cutanée
Température veste32
33
34
35
36
37
38
00:00 01:30 03:00 04:30 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Températures centrale et cutanée (°C) Température veste (°C)
Exposition au feu
T cutanée
T centrale
9
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
00:00 01:30 03:00 04:30 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Flux veste
Température veste
Flux T-shirt
Exposition au feu
Flux thermique (W/m2) Température veste (°C)
Résultats : exposition au feu
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
���� Tests à la BSPP (Brigade des Sapeurs Pompiers de Paris) (2008)
���� choix et positionnement des capteurs thermiques
���� Tests en laboratoire (Mai - Juin 2010)
- LSS (Laboratory of Sport Science, University of Pavia, Italy)
- CRSSA (Centre Reserche du Service de Santeé Armeé, Grenoble, France)
���� Tests sur terrain (Juin - Juillet 2010)
- APT (International Firefighting, Survival and Rescue at Sea Training Center, Pavia, Italy)
- BSPP (Brigade de Sapeurs Pompiers de Paris, France)
Tests : en laboratoire et sur terrainTests : en laboratoire et sur terrain
10
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Fréquence cardiaque, fréquence respiratoire et température centrale comparées
aux signaux de référence (moniteur ECG, spiromètre and température rectale)
Centre de Recherche du Service de Santée des Armées (CRSSA, Grenoble, France)
Université de Pavie (Italie)
ProtocoleProtocole
- Repos 5 minutes
- Marche à 4 km/h et pente à 4% - 15 minutes
- Marche à 4 km/h et pente à 6% - 15 minutes
- Marche à 4 km/h et pente à 8% - 15 minutes
- Marche à 4 km/h et pente à 10% - 15 minutes
- Repos 5 minutes
Tests des capteurs des tee-shirts
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Test d’activité à 20°C
6 sujets – 3 sessions
Points bleu : valeurs expérimentales (ProeTEX vs. ECG monitor)
Ligne rouge : comportement idéal (HRProeTEX = HRReference)
Fréquence cardiaque tee-shirt pompier - CRSSA
Test d’activité à 45°C
6 sujets – 3 sessions
11
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
45 °C
Sessions
Stage
Average
HR
(ProeTEX)
Err ± std
(bpm)
Err > 5
bpm
(%)
Err > 15
bpm
(%)
86 -0 ± 7 29.3 5.9
104 0 ± 11 21.7 7.4
127 -4 ± 7 6.7 1.0
143 -9 ± 16 20.4 6.8
126 -29 ± 50 66.7 42.9
120 -5 ± 30 41.1 23.4
122 -4 ± 20 23.5 9.5
20 °C Sessions
Stage
Average
HR
(ProeTEX)
Err ± std
(bpm)
Err > 5 bpm
(%)
Err > 15
bpm
(%)
Rest 81 -2 ± 6 23.4 4.1
Walk 4% slope 95 -3 ± 11 16.5 9.1
Walk 6% slope 103 -6 ± 20 15.6 9.5
Walk 8% slope 116 0 ± 2 2.4 0.0
Walk 10% slope 125 -1 ± 3 10.2 0.4
Rest 107 1 ± 4 19.6 0.0
Average 107 -2 ± 11 12.9 4.5
0
30
60
Te
mp
s (m
in)
15
error (bpm)
Au début, faible transpiration
(mauvais contact peau-
électrodes)
Test d’activité à 20°C
Fréquence cardiaque tee-shirt pompier - CRSSA
Test d’activité à 45°C
Après 30 min en conditions sévères,
la qualité des signaux diminue (nota : duréee max intervention 20min)
Remarque: dans 4 cas sur 6
interruption des tests pour des
raisons de sécurité (Trectale > 39,5°C)
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Test d’activité à 20°C
Points bleu : valeurs expérimentales
(ProeTEX vs. ECG monitor)
Ligne rouge : comportement idéal
(HRProeTEX = HRReference)
Fréquence cardiaque tee-shirt protection civileUniversité de Pavie (Italie) - 3 sujets / 3 sessions
StageAvg HR
(ProeTEX)
Err ± std
(bpm)
Err > 5
bpm (%)
Err > 15
bpm (%)
Rest 91 0 ± 4 21.5 0.4
Walk 4% slope 108 -0 ± 6 17.1 1.9
Walk 6% slope 116 -1 ± 6 8.9 1.2
Walk 8% slope 122 -1 ± 6 6.6 0.5
Walk 10% slope 130 -0 ± 6 7.9 1.1
Rest 111 -1 ± 3 9.2 1.2
Average 116 -1 ± 10 12.4 1.9
Erreur moyenne toujours inférieure
à 5 bpm.
� propriétés élastiques du textile
utilisé pour le tee-shirt
de protection civile
12
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
� Erreur inférieure à 10% pour 23 (sur 27) acquisitions
� Capteur positionné à l’intérieur de la bande détachable en néoprène
(protection et peu d’artefacts de mouvement)
L’erreur augmente toujours avec le temps et en conditions sévères
� Partiellement dû au déplacement du capteur à l’intérieur de la bande
� Le nombre d’échantillons faux pourrait être réduit en moyennant le
signal avec une fenêtre de largeur 30s à 1min, ou en appliquant un
algorithme d’élimination d’artefacts.
Fréquence respiratoire : conclusion
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
= test à 20°C
= test à 35°C
= test à 45°C
Erreur moyenne
Tem
pera
ture
err
or
[°C
]
Test ID
* Problèmes techniques
**
**** Mauvais contact entre le
capteur et la peau
**
Température interne tee-shirt pompier - CRSSA
Remarque: 0.5°C correspond àla précision du capteur utilisépour le prototype ProeTEX
13
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Comparaison à la température de la chambre climatique
Remarques
• La température mesurée n’est pas la température externe
(capteur dans la veste)
• Objectif : alerter en cas de températures anormalement élevées
(face au feu) ou détecter des expositions prolongées en
environnement froid
• la mesure précise de la température ambiante à l’aide d’un
capteur “wearable” est compliquée à cause de l’influence de la
température corporelle du sujet qui porte le capteur
Température externe veste pompier - CRSSA
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
���� Tests à la BSPP (Brigade des Sapeurs Pompiers de Paris) (2008)
���� choix et positionnement des capteurs thermiques
���� Tests en laboratoire (Mai - Juin 2010)
- LSS (Laboratory of Sport Science, University of Pavia, Italy)
- CRSSA (Centre Reserche du Service de Santeé Armeé, Grenoble, France)
���� Tests sur terrain (Juin - Juillet 2010)
- APT (International Firefighting, Survival and Rescue at Sea Training Center, Pavia, Italy)
- BSPP (Brigade de Sapeurs Pompiers de Paris, France)
Tests : en laboratoire et sur terrainTests : en laboratoire et sur terrain
14
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Pompiers face à un feu généré
par du méthane
Au début, repos devant le feu
pendant quelques minutes
Objectif : Etude de la fonctionnalité
de l’équipement en conditions
sévères (température extérieure
supérieure à 60 °C)
TestScore exprimé par les pompiers [1 – 10]
avg ±±±± std
Intensité 8 ± 3
Difficulté 5 ± 3
Test APT – feu extérieur
International Firefighting, Survival and Rescue at Sea Training Center, Pavia, Italy
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Fréquence cardiaque
relativement stable
Température interne
toujours inférieure à 37°
carbon monoxide warning
Préparation Lutte contre feuRepos
15
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Face au feu:
La température externe
atteint 60 °C
� alarmealarme
Le flux thermique entre
dans la veste et atteint
des valeurs importantes
� alarmealarme
Le capteur de CO détecte
de fortes concentrations
de CO.
� alarmealarme
carbon monoxide warning
Préparation Lutte contre feuRepos
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Pompiers face à un feu dans un
container métallique
Objectif : Tester l’équipement en conditions
sévères, dû à:
(1) la durée de l’intervention (environ 30 min)
(2) la température élevée (exposition à des
températures supérieures à 100°C)
(3) la posture des pompiers (sur les genoux,
pour éviter l’exposition aux températures
élevées)
(4) présence de fumées toxiques
Test 3Score exprimé par les pompiers [1 – 10]
1 2
Intensité 4 5
Difficulté 4 3
Test BSPP – feu dans un container
16
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Activité physique:
Fréquence cardiaque en augmentation (pas
de danger),
Fréquence respiratoire stable (sauf pendant
marche),
Augmentation de la température interne
(jusqu’à 39°C, limite du seuil d’alarme)
walk firefighting rest
Lutte contre le feu :
La température externe atteint 120°C
pendant l’activité � alarmealarme
Le capteur de flux thermique détecte de
fortes valeurs (sature très vite à sa valeur
max positive) � alarmealarme
Le capteur de CO détecte des
concentrations supérieure à 100 ppm
� alarmealarme
walk firefighting rest
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
TestScore exprimé par les pompiers [1 – 10]
1 2
Intensité 10 10
Difficulté 9 10
Test BSPP – entraînement physique intense et
marche dans une chambre enfumée
Pompiers équipés de bouteilles et appareils
externes de respiration
Activité physique intense de 15 min (course
sur une pente, échelles…)
Puis, entrée dans une chambre noire à
environ 60 °C, avec présence d’une fumée
dense toxique
Les pompiers devaient marcher et bouger
pendant 10min
17
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Etat physiologique
Fréquence cardiaque élevée
pendant l’activité physique
(jusqu’à 190 bpm).
Performance du capteur
dégradées pendant la seconde
partie du test
rest exercise rest smoky chamber
Augmentation de la température interne (jusqu’à 40°C)
� l’exercice doit être stoppé – température interne trop élevée
Journée Thématique GDR Stic Santé 11 Octobre 2010
Conditions environnementales
rest exercise rest smoky chamber
Conditions sévères pendant l’exploration de la chambre
enfumée (température supérieure à 40°C et en
augmentation, flux thermique supérieure à 100 W/m2,
concentration de CO 3 fois supérieure au seuil de l’alarme
Moyennes pendant l’exercice
physique (faible température
environnementale inférieure à
40°C, flux thermique proche de
0 W/m2, pas de CO détecté)
18
At-Site, wireless vital signs monitor
In-hospital, wireless vital signs monitor
pulse
ox
Monitors Victims
Assists Triage
Expedites hospital admission
temp
resp
ecg
motion
ecg
SpO2
temp
resp
motion
Victim patch (non textile) developed by Victim patch (non textile) developed by IntelesensIntelesens
Top Related