Les technologies du sommeil connaissent une révolution numérique à laquelle nous avons apporté une validation avec pour objectif une meilleure analyse des troubles du sommeil en Unité de Soins Intensifs, dans la maladie d’Alzheimer et dans l’évaluation de l’hypovigilance en vol de longue durée en milieu militaire. Ainsi, nous avons évalué le temps de sommeil sur 24 heures en relation avec les nuisances sonores en soins intensifs. Cette évaluation a été réalisée à l’aide d’un nouveau polysomnographe l’Actiwave couplé à un polygraphe Nox T3 qui ont permis d’enregistrer les cycles du sommeil et les niveaux sonores sur les 24 heures dans une Unité de Soins Intensif. Nous avons montré que l’Actiwave est un outil performant pour enregistrer le sommeil dans de telles conditions. Combiné au Nox T3, il permet d’explorer l’impact des niveaux sonores sur la qualité et quantité du sommeil. Nous avons retrouvé un Temps Total de Sommeil médian de 6 heures par nuit et de 2,5 heures pendant la journée, la qualité de sommeil étant plus perturbée que sa quantité. Nous avons démontré que 60% des éveils intra-sommeil étaient associés à un bruit supérieur à 77 dB et identifié les sources sonores principales qui agissent sur la pathogénèse des troubles du sommeil en Unité de Soins Intensif, à savoir les alarmes des respirateurs mécaniques avec un risque relatif de 10.9 (9.8-11.9) et les alarmes des constantes vitales avec un risque relatif de 9.8 (8.6-11.3). Une deuxième étude, l’évaluation de l’hypovigilance en vol de longue durée, a été réalisée à l’aide de l’ActiWave. Pour cela, nos équipes ont conçu un algorithme d’analyse automatique de détection du sommeil. Nous avons montré que l’ActiWave est un polysomnographe fiable en conditions extrêmes, l’analyse automatique montrant une bonne concordance avec l’analyse manuelle de deux experts du sommeil (Kappa>80%). Nous démontrons donc qu’il est possible de coder automatiquement les stades de sommeil à l’aide du ratio (+)/ sur la région occipitale O1-M2 vs C3-M2 (p<0.05). Nous avons validé un nouvel actimètre le MotionWatch 8 pour l’évaluation du temps de sommeil chez 208 patients présentant la maladie d’Alzheimer. Ce travail a permis de montrer que le MotionWatch 8 est un outil fiable avec de bonnes sensibilité et spécificité dans l’évaluation des troubles du sommeil chez ces patients. Le Temps Total de Sommeil est dans la norme (TTS moyen 7h35 minutes) et est significativement associé au score d’apathie (7h46 minutes vs 7h26 minutes ; p=0.04). Le marqueur chrono-biologique SIJ est également associé à l’apathie (p=0.04) ainsi qu’aux troubles cognitifs (p=0.02). Finalement, la fragmentation de rythmes veille/sommeil (VIJ) est associée au score du handicap de la maladie d’Alzheimer (p=0.02). Dans une quatrième étude, nous nous sommes intéressés à la nouvelle technologie de télé-observance dans le traitement du syndrome d’apnées du sommeil par pression positive continue, qui permet d’alerter le médecin de la compliance du patient. Nous avons validé un nouveau dispositif médical de télé-observance du traitement du syndrome d’apnées du sommeil, le NOWAPI. Nous montrons que le NOWAPI mesure avec précision et de manière fiable les niveaux de pressions et de débits des PPC disponibles sur le marché et qu’il permet de calculer les indicateurs d'observance des patients souffrants du syndrome d’apnées du sommeil (IAH Nowapi de 2,5 (-1.4 ; 3.6)/h vs IAH Polygraphie respiratoire de 2,3 (1.2 ;3.4)/h). En conclusion, les études présentées ici mettent en exergue l’importance de l’innovation technologique dans le domaine du sommeil pour une meilleure prise en charge des patients. A l’ère du 21ème siècle, une nouvelle médecine commence à émerger, la médecine 2.0, avec pour corollaire l’eSanté. (...) / Scientific research into sleep over the past thirty years has progressed so speedily that it is now possible to speak of “Sleep Medicine”. This specialty is placed incontestably at the frontier of Science and Medicine. The issues have been recently driven by the advances in the technology of recording biological parameter and analysis of the data, in parallel with a deeper understanding of the physiopathology and therapeutic advances in sleep disorders. The subject of this thesis lies at the crossover of two areas of professional expertise; sleep technology and bio-engineering, with notably the aim of validating new tools in research as well as in the diagnosis and treatment of sleep disorders. We have tested a miniaturized polysomnographic new technology, the Actiwave, capable of detecting sleep and alert states in extreme conditions, notably in patients hospitalized in Intensive Care Units and in aircraft pilots in long duration military flights. In intensive care units, we have explored the relation between sleep and noise in the immediate environment of the patients. In brief, Total Sleep Time was not disturbed whereas the sleep quality was altered. Wake episodes after sleep onset were mostly associated with noise over 77 dB, and the main disturbances were triggered by the alarms of breathing machines and those from vital parameters. In military flights of long duration, we have explored the presence of hypovigilance episodes. This allowed us to validate the Actiwave for polysomnography in extreme conditions. In a third study, we have analyzed the sleep patterns in a total of 202 patients with Alzheimer’s disease by using a new actimeter, the MotionWatch8. We have shown that the latter device has a good sensitivity and specificity or evaluating sleep-wake parameters in these patients. In particular, we find that the TST is in the normal range and is associated with the aptathy score. The SIJ score is associated with the apathy score and also with the cognitive impairments. Finally, the sleep fragmentation is associated with the disability status. In a last study, we explored the parameter of sleep apneas in patients with SAS using the NOWAPI. We validated this new device by demonstrating that it provides on-line reliable data about pressure and flow levels of various CPAP. In conclusion, this thesis considers possible future avenues of research into sleep technology and discusses the crucial importance of a scientific approach capable of leading the development of appropriate and lasting diagnostic and therapeutic tools. The next step will be the era of the 2.0 medicine for which I am developing the iSommeil application that will allow patients to be the actual actors of their disease and also to facilitate the diagnostic and the prevention of sleep disorders.

Cette thèse est une thèse CIFRE entre le LORIA et la société MEDETIC et porte sur la conception des systèmes de télésurveillance pour le maintien à domicile des personnes âgées.Le système est conçu aux personnes âgées qui veulent passer leur vieillesse dans leur propre maison, à cause de son potentiel pour augmenter l'indépendance et la qualité de la vie. Cela profiterait non seulement aux personnes âgées qui veulent vivre dans leur propre maison, mais aussi le système de santé publique en coupant des prix de façon significative.Mis à part la conception d'une architecture de télésurveillance « Vill’Âge® »basée sur des réseaux de capteurs hétérogènes (Domotique, IEEE802.15.4/Zigbee, Wifi, Bluetooth), la thèse a contribué essentiellement sur la proposition d'un protocole de clustering et de routage dans le réseau de capteurs sans fil avec une approche de la logique floue, et d'un middleware pour la collecte et le traitement des données des capteurs avec la gestion de la qualité de service comme particularité.Une première plateforme de test à été développée à Colmar (MEDETIC) et une seconde, plus complète et fait suite de cette thèse, est en cours de développement au LORIA (http://infositu.loria.fr/).Nous avons participé dans le concours de ministère de l'Enseignement supérieur et de la recherche avec un projet intitulé MPIGate: « Multi Protocol Interface and Gateway for telecare, environment Monitoring and Control » et nous avons gagné le prix de ce concours au niveau d’émergence. / This thesis is a thesis CIFRE between LORIA and the MEDETIC Company and focuses on the design of telehomecare system for the elderly.In addition to the design of a remote surveillance architecture “Vill’Âge ®” based on networks of heterogeneous sensor (home automation, IEEE802.15.4/Zigbee, Wifi, Bluetooth), thesis has contributed essentially on the proposal of a clustering and routing protocol in the network of wireless sensors with an approach to fuzzy logic, and of a middleware for the collection and processing of data from sensors with the management of the quality of service as a special feature.A first platform was developed at Colmar (MEDETIC) and a second who is more complete is under development at LORIA (http://infositu.loria.fr/).By using this system, MEDeTIC, offers a new concept of smart homes for the senior citizens, named in French “Maisons Vill’Âge”. The first housing schemes are being built in 2 departments of France. A flat is entirely equipped to act as a demonstrator and as laboratory of research and development.The system is designed for the elderly who wish to spend their old age in their own home, because of its potential to increase independence and quality of life. This would not only benefit the elderly who want to live in their own home, but also the national health care system by cutting costs significantly. Based on this PhD thesis, MPIGate, a “Multiprotocol Interface and Gateway for for telecare, environment”, has been developed. MPIGate was awarded in the competition of the Ministry of Higher Education and Research and OSEO 2010

La prévalence de l’arthrose féline augmente fortement avec l’âge atteignant plus de 80% des chats de plus de 11 ans. L'arthrose induit une douleur chronique s’exprimant par des changements de comportements et une diminution de la mobilité. Il n'existe aucun outil validé pour évaluer la douleur chronique associée à l’arthrose chez le chat. Conséquemment, aucun traitement ciblant cette douleur n’a pu être validé. Notre hypothèse de recherche est que la douleur arthrosique chez le chat induit des handicaps fonctionnels, des changements neurophysiologiques et un état d'hypersensibilité qu'il faut évaluer pour quantifier de manière fiable cette douleur et ses répercussions sur la qualité de vie de l'animal. Nos objectifs étaient 1) de développer des outils adaptés aux chats mesurant les handicaps fonctionnels grâce à des outils cinématiques, cinétiques et de suivi de l'activité motrice ; 2) de caractériser les changements fonctionnels et neurophysiologiques secondaires à la douleur arthrosique et de tester avec ces outils un traitement analgésique à base d'anti-inflammatoire non stéroïdien ; 3) de développer une technique adaptée aux chats pouvant caractériser la présence du phénomène de sensibilisation centrale à l'aide d'une évaluation de la sommation temporelle mécanique ; 4) de tester la possibilité de mesurer le métabolisme glucidique cérébral par tomographie d’émission par positrons comme marqueur des changements supraspinaux secondaires à la chronicisation de la douleur. Grâce au développement d’outils de mesure de douleur chronique objectifs, sensibles et répétables nous avons caractérisé la douleur chez les chats arthrosiques. Ils présentent des signes de boiterie quantifiée par une diminution de l’amplitude de l’articulation ou par une diminution de la force verticale d’appui au sol et une diminution de l’activité motrice quotidienne. Ces deux derniers outils ont permis de démontrer qu’un anti-inflammatoire non stéroïdien (le méloxicam) administré pendant quatre semaines réduit la douleur arthrosique. De plus, grâce au développement de tests sensoriels quantitatifs et à l'utilisation d'imagerie cérébrale fonctionnelle, nous avons démontré pour la première fois que la douleur arthrosique conduisait à des modifications du système nerveux central chez le chat. Particulièrement, les chats arthrosiques développent le phénomène de sensibilisation centrale mis en évidence par un seuil de retrait aux filament de von Frey diminué (mesure réflexe) mais aussi par une facilitation de la sommation temporelle mécanique (mesure tenant compte de la composante cognitive et émotionnelle de la douleur). L'augmentation du métabolisme cérébral dans le cortex somatosensoriel secondaire, le thalamus et la substance grise périaqueducale, souligne aussi l'importance des changements liés à la chronicisation de la douleur. Un traitement analgésique adapté à l’arthrose permettra d’améliorer la qualité de vie des chats atteints, offrira une option thérapeutique valide aux praticiens vétérinaires, et profitera aux propriétaires qui retrouveront un chat actif et sociable. La découverte de l'implication du phénomène de sensibilisation central combiné à l'investigation des changements cérébraux secondaires à la douleur chronique associée à l'arthrose par imagerie fonctionnelle ouvre de nouvelles avenues de recherche chez le chat (développement et/ou validation de traitements adaptés à l'état d'hypersensibilité) et les humains (potentiel modèle naturel de douleur chronique associée à l'arthrose). / Feline osteoarthritis prevalence increases with age, up to 80% in cats aged 11 years old and more. Osteoarthritis is associated with chronic pain expressing as altered behaviour and a decrease in mobility. Currently, there is no validated technique to evaluate osteoarthritis-associated chronic pain in cats. This situation leads to an absence of approved medication for the treatment of OA-associated chronic pain in cats. Our hypothesis states that osteoarthritis-associated pain in cats is expressed as physical disabilities, neurophysiologic changes, hypersensibility, which need to be assessed to quantify adequately this pain and its impact on quality of life. Our objectives were 1) to develop a cat adapted method to assess physical disabilities using kinematics, kinetics and motor activity evaluations; 2) to describe functional and neurophysiologic changes related to osteoarthritis-associated pain, and to test a non steroidal anti-inflammatory based analgesic treatment; 3) to develop a cat adapted method to detect central sensitisation using mechanical temporal summation; 4) to test the feasibility of measuring carbohydrate brain metabolism using positron emission tomography as a marker of supraspinal changes-associated with pain chronicity. Using objective chronic pain evaluation tools determined as sensitive and repeatable, we characterized feline osteoarthritis-associated pain. Cats afflicted with osteoarthritis presented lameness characterised by decreased joint amplitude, or decreased peak ground reaction vertical force, and decreased motor activity. Using the two latter tools, we demonstrated the efficacy of a non steroidal anti-inflammatory (meloxicam) to alleviate osteoarthritis-associated pain after four weeks of administration. Moreover, using quantitative sensory testing and brain functional imaging, we demonstrated for the first time, that osteoarthritis-associated pain in cats led to central nervous system changes. Specially, cats afflicted with osteoarthritis developed central sensitisation as indicated by a decreased von Frey withdrawal threshold (a reflex evaluation), and also by a facilitated mechanical temporal summation (an approach allowing to take into account affective and cognitive dimensions of pain). The increase of brain metabolism in the secondary somatosensory cortex, thalamus and periaqueductal grey matter also highlighted the importance of pain chronicity related changes. Using an analgesic treatment built to alleviate osteoarthritis-associated pain will improve cats quality of life, will help veterinarians, and will benefit owners who will retrieve an active and social cat. Demonstrating both the importance of central sensitisation and assessment of brain changes related to osteoarthritis-associated chronic pain using brain functional imaging opens new research opportunities in cats (development and/or validation of hypersensitivity related treatments), and humans (potential natural model of osteoarthritis-associated pain).