Antwerpen Brussel-Bruxelles Charleroi Gent Hasselt Leuven Liège
datum
10-06-2015
referentie
Anje Van Vlierberghe, Bas Rottier
Celestijnenlaan 300C, bus 04026 BE-3001 Heverlee tel. : +32 16 32 25 91 fax : +32 16 32 29 84
[email protected] www.sirris.be
© copyright Sirris
RAPPORT
Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s. Is de Aerosleep Baby Protect compatibel met de AngelCare bewegingsmonitor?
Erkend onder toepassing van de besluitwet van 30 januari 1947
pagina 1/9
INHOUD Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s.
1
Is de Aerosleep Baby Protect compatibel met de AngelCare bewegingsmonitor?
1
1
Inleiding
3
2
Bewegingsmonitoringssystemen
3
2.1
AngelCare AC401
3
2.2
Luvion Babysense 5
3
3
Analyse van de meetsystemen
4
3.1
Experimenten
4
3.1.1
Tijd tot alarm
4
3.1.2
Correlatie tussen de amplitude van de signalen en het algoritme
4
3.2
Resultaten
5
3.2.1
Tijd tot alarm
5
3.2.2
Correlatie tussen amplitude van de signalen en het algoritme
6
3.3
Discussie
8
3.3.1
Tijd tot alarm
8
3.3.2
Correlatie tussen amplitude van de signalen en het algoritme
8
4
Algemene besluiten
9
© Sirris ● Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s
pagina 2/9
1 Inleiding Dit verslag beschrijft de waarnemingen gedaan tijdens kwalitatieve en kwantitatieve experimenten met twee
bewegingsmonitoringssystemen
voor
baby’s,
respectievelijk
de
AngelCare
AC401
bewegingsmonitor en de Luvion Babysense 5 ademhalings- en bewegingsmonitor. De analyse gebeurde op vraag van Aerosleep, een producent en leverancier van slaapproducten voor baby’s. De onderzoeksvragen waren (i) hoe verhouden beide monitoringssystemen zich ten opzichte van elkaar, en (ii) zijn de monitoringssystemen compatibel met de Baby Protect, een matrasbeschermer van Aerosleep met een open 3D structuur te gebruiken in combinatie met een babymatras?
2 Bewegingsmonitoringssystemen Een bewegingsmonitoringssysteem bestaat uit een sensor ingebouwd in één (of twee) sensorpad(s) en de bekabeling enerzijds en een algoritme, de intelligentie in het systeem die bepaalt of een excitatie beweging (of ademhaling) van de baby is, hoeveel beweging (of ademhaling) de baby voortbrengt, en wanneer de hoeveelheid beweging (of ademhaling) te laag is waardoor een alarm afgaat. De meetsystemen dienen bij gebruik onder de matras te worden gelegd op een hard oppervlak.
2.1 AngelCare AC401 Het AngelCare AC401meetsysteem is een combinatie van een geluidsdetectiemonitor en een bewegingsmonitor. Voor deze analyse is slechts de bewegingsmonitor beschouwd. De
bewegingsmonitor
omvat een
oudereenheid, een
baby-eenheid en
twee
sensorpads.
De
oudereenheid is voor deze analyse niet relevant en werd bijgevolg buiten beschouwing gelaten. De baby-eenheid ontvangt de signalen van de sensoren en stuurt het alarm aan. De baby-eenheid bevat de intelligentie van het meetsysteem. De baby-eenheid bevat tevens een knop waarmee een bepaalde sensitiviteit kan worden geregeld. De handleiding stelt dat de verschillende sensitiviteitsniveaus de sensitiviteit van de sensor regelen. Het is meer waarschijnlijk dat voor dit meetsysteem met deze knop de sensitiviteit van het achterliggende algoritme (de intelligentie) wordt geregeld omdat de regeling niet rechtstreeks op de sensor gebeurt. De sensorpads bevatten elk een piëzo-elektrische sensor. Een externe kracht (beweging resulteert in een drukverandering) veroorzaakt een elektrisch spanningsverschil dat kan worden opgemeten. De sensorpads kunnen in serie geschakeld worden om zo een groter oppervlakte te bestrijken.
2.2 Luvion Babysense 5 Het Luvion Babysense 5 meetsysteem wordt beschreven als een ademhalings- en bewegingsmonitor. Deze beschrijving doet een extra vraag rijzen: maakt het meetsysteem onderscheid tussen ademhaling en beweging?
© Sirris ● Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s
pagina 3/9
De monitor omvat een baby-eenheid en twee sensorpads. De baby-eenheid ontvangt de signalen van de sensoren en stuurt het alarm aan. De baby-eenheid bevat dus ook de intelligentie van het meetsysteem. De sensorpads bevatten elk een piëzo-elektrische sensor. De werking van deze sensor is gelijkaardig als beschreven
voor
de
sensor
in
het
AngelCare
meetsysteem.
Elke
sensorpad
bevat
een
sensitiviteitsregelaar die de sensitiviteit voor excitatie van de sensor bepaalt. De sensorpads kunnen elk afzonderlijk worden aangesloten op de baby-eenheid.
3 Analyse van de meetsystemen 3.1 Experimenten De experimenten werden telkens uitgevoerd met één sensorpad en beide meetsystemen.
3.1.1 Tijd tot alarm Een eerste experiment bestond eruit een gecalibreerde massa van 3 kg te plaatsen in het massacentrum van de sensorpad en de tijd te registreren tot afgaan van het alarm. Een tweede experiment bestond eruit een excitatie met een frequentie van 2Hz aan te leggen door een massa van 0.8 kg op en af de gecalibreerde massa te leggen/nemen gedurende 60s en de tijd te registreren tot het alarm afging nadat de excitatie stopte. Het meetsysteem en de chronometer werden manueel synchroon aangeschakeld. De tijd tot het afgaan van het alarm werd opgemeten voor: (i) de sensorpad, (ii) de sensorpad + Aerosleep matras, en (iii) de sensorpad + Aerosleep matras + Aerosleep Baby Protect. De sensorpad werd op een harde plaat in het Aerosleep babybed geplaatst. De metingen werden vijfmaal herhaald. De sensitiviteitsniveaus werden ingesteld conform de handleiding: 2,5 à 3 en 3 voor respectievelijk AngelCare en Babysense.
3.1.2 Correlatie tussen de amplitude van de signalen en het algoritme Dit onderdeel van het experimentele protocol tracht inzicht te bekomen in de correlatie tussen de amplitude van de signalen uitgestuurd door de sensors en de intelligentie van het meetsysteem (het algoritme). Een eerste reeks kwalitatieve experimenten trachtte te achterhalen hoe het meetsysteem reageert op toevoeging van demping, omgevingsexcitaties: reageert het meetsysteem op gsm signalen?; reageert het meetsysteem op omgevingstrillingen?; reageert het meetsysteem op trillingen op de kabels?; reageert het meetsysteem op excitatie van het bed door omgevingstrillingen? Voor de experimenten zoals beschreven in voorgaande sectie, werden de signalen gecapteerd met een oscilloscoop.
© Sirris ● Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s
pagina 4/9
Gebaseerd op de observaties werden aanvullende kwantitatieve experimenten gedaan waarbij de sensorpad met het massacentrum onder het massacentrum van een Aerosleep matras (met en zonder Protect) op een vlak en hard oppervlak lag: ─ Subject gelegen met hoofd op massacentrum, hartslag en ademhaling in rust. ─ Subject gelegen met hoofd op massacentrum, enkel hartslag. ─ Subject gelegen met hoofd op massacentrum, versnelde hartslag en versnelde ademhaling na inspanning. ─ Subject gelegen met hoofd op massacentrum, enkel versnelde hartslag na inspanning. De rationale achter deze experimenten was de volgende: hartslag- en ademhalingsfrequentie van een volwassen persoon na inspanning ligt korter bij of in het bereik van de respectievelijke frequenties in baby’s met name gemiddeld 1,5 à 2 Hz voor hartslag en rond 0,5 à 1Hz voor ademhaling. Op deze manier kon worden nagegaan of de meetsystemen ademhaling en hartslag onderscheiden.
3.2 Resultaten
3.2.1 Tijd tot alarm De resultaten worden weergegeven in tabel 1.
Tabel 1: Gemiddelde tijd (± standaarddeviaties over vijf herhalingen) tot alarm voor twee sensorsystemen en drie configuraties. Babysense
1
AngelCare
Default [s]
+Matras [s]
+Protect [s]
Default [s]
+Matras [s]
+Protect [s]
com1
14±1.7
13.4±0.5
12±4.1
15.8±1.3
15±0
15±0
+excitatie2
19.6±5.1
19.8±4.1
17.2±3.3
17.2±0.4
17±0
17±0.7
com = massacentrum, 2 nooit alarm binnen 60s, gegeven zijn tijden tot alarm na 60s.
De experimenten werden hernomen voor het Babysense meetsysteem omwille van de relatief grote gemiddelden
en
standaarddeviaties.
Omgevingsexcitaties
werden
daarbij
zoveel
mogelijk
geminimaliseerd. De resultaten zijn gegeven in tabel 2.
Tabel 2: Gemiddelde tijd (± standaarddeviaties over vijf herhalingen) tot alarm voor re-test met het Babysense meetsysteem voor drie configuraties. Babysense
+excitatie2 2
Default [s]
+Matras [s]
+Protect [s]
13.6± 0.5
15 ± 2.1
16.4 ± 1.4
nooit alarm binnen 60s, gegeven zijn tijden tot alarm na 60s.
© Sirris ● Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s
pagina 5/9
3.2.2 Correlatie tussen amplitude van de signalen en het algoritme De waarnemingen uit de kwalitatieve experimenten waren als volgt: ─ Beide meetsystemen herkennen de ademhaling en de hartslag van een volwassen individu als beweging indien de sensorpads geplaatst zijn onder een matras met een dikte van 14cm. De sensorpads lagen voor dit experiment in de regio tussen nek en heupen. ─ Beide meetsystemen herkennen de hartslag in de vingertoppen van een volwassen individu als beweging indien de sensorpads geplaatst zijn onder de Aerosleepmatras met Baby Protect als enkele centimeters extra demping wordt tussengevoegd. ─ Gsm-signaal was geen bron van excitatie van voor beide sensoren. ─ Beide meetsystemen herkennen excitatie van de kabels ten gevolge van omgevingstrillingen als beweging. ─ Beide meetsystemen herkennen excitatie van het bed ten gevolge van omgevingstrillingen als beweging.
De resultaten uit de kwantitatieve metingen waren als volgt: ─ De sensor van het Babysense meetsysteem is beduidend gevoeliger met minder ruizige signalen dan de sensor van het AngelCare meetsysteem. Figuur 1 illustreert dit voor het plaatsen van een massa van 3kg in het massacentrum van de sensorpads gelegen onder de Aerosleep matras met Baby Protect.
Figuur 1: Sensorsignalen voor het Babysense (1) en het AngelCare (2) meetsysteem. Een sensorpad werd geplaatst op een harde ondergrond onder de Aerosleepmatras (a) en een Aerosleepmatras met Baby Protect (b). Een massa van 3kg werd ter hoogte van het massacentrum van de sensorpad geplaatst.
© Sirris ● Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s
pagina 6/9
─ Beide
meetsystemen
herkennen
hartslag
(en
ademhaling)
als
beweging
hoewel
de
signalenpatronen verschillen: ademhaling resulteert in een sinusoïdaal signaal, hartslag resulteert in een signaal dat potentieel het QRS-complex weergeeft zoals gemeten tijdens electrocardiogram. Figuur 2 illustreert dit voor de meetconditie na inspanning voor beide meetsystemen.
Figuur 2: Sensorsignalen voor het Babysense (1) en het AngelCare (2) meetsysteem. Een sensorpad werd geplaatst op een harde ondergrond onder de Aerosleepmatras met Baby Protect. De sensorsignalen van hartslag zonder ademhaling worden getoond in (a), de rode pijlen duiden de hartslag aan. De sensorsignalen van hartslag en ademhaling in (b). Een volwassen subject rustte met het hoofd op de matras na inspanning.
─ Het gebruik van de Aerosleepmatras in combinatie met de Baby Protect heeft een verwaarloosbare tot geen invloed op de amplitude van de signalen (zie ook figuur 1). ─ Het gebruik van de Aerosleepmatras in combinatie met de Baby Protect heeft geen invloed op de interpretatie van de signalen door het algoritme.
© Sirris ● Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s
pagina 7/9
3.3 Discussie
3.3.1 Tijd tot alarm De sensoren van beide meetsystemen zijn gevoelig voor excitatie door trillingen afkomstig uit de omgeving. Het Babysense meetsysteem is erg gevoelig voor trillingen ter hoogte van de bekabeling (wanneer ingesteld op sensitiviteitsniveau 3). Voor wat betreft de gevoeligheid voor excitatie van de bekabeling, zou een goede strategie kunnen zijn de kabels vast te plakken om de invloed te verminderen. Een grotere variabiliteit in de tijd tot het alarm afgaat indien er geen bewuste excitatie wordt aangelegd, kan een aantal oorzaken hebben: het activeren van de baby-eenheid kan korter of langer duren, de grootte van de impuls door de massa neer te zetten is niet mechanisch gecontroleerd en kan bijgevolg verschillen.
De
tijd
tot
‘uitdemping’
van
het
signaal
is
van
deze
parameters
afhankelijk.
Merk op dat de experimenten plaatsvonden in een labo zonder absolute isolering van de omgeving. Bijgevolg was het mogelijk dat er omgevingsexcitatie aanwezig was die potentieel de meetsystemen beïnvloedde. Echter, vanzelfsprekend is bij dagdagelijks gebruik van de meetsystemen de omgeving evenmin geïsoleerd tegen excitaties allerhande. Indien de tijd tot het alarm tijdens een statische meting opliep, gaf de oscilloscoop steeds aan dat er toch excitatie vanuit de omgeving was geregistreerd. Dit gebeurde voornamelijk bij het Babysense meetsysteem en was wellicht een oorzaak van excitatie van de bekabeling. In de re-test werden deze metingen uitgesloten. Een ander zichtbaar effect bij dit meetsysteem was de excitatie die optrad bij aanschakelen (door indrukking) van de baby-eenheid. De mate van excitatie kon variëren daar deze actie manueel gebeurde en kan bijgevolg de variabiliteit in de tijden tot het afgaan van het alarm mee verklaren. Enige voorzichtigheid is geboden bij de interpretatie van de statistische data daar het aantal herhalingen beperkt was. Voor het Babysense meetsysteem betekent voor gemiddelde tijden van 15s (±2.1s) en 16.4s (±1.4s) dat de respectievelijke minimale en maximale tijden [13 … 19]s en [14 … 18]s waren. Bijgevolg ging het alarm steeds af binnen 20s zoals beschreven in de handleiding. Voor het AngelCare meetsysteem liggen de gemiddelde waarden voor de tijden tot het alarm afgaat lager dan de 20s beschreven in de handleiding en zijn ze gelijkaardig aan deze van het Babysense meetsysteem. Op basis van deze experimenten is er geen enkele indicatie dat het gebruik van de Aerosleep matras met Baby Protect op enige manier de werking van de meetsystemen negatief zou beïnvloeden.
3.3.2 Correlatie tussen amplitude van de signalen en het algoritme De sensor van het Babysense systeem is beduidend gevoeliger en geeft betere signalen dan de sensor van het AngelCare systeem.
© Sirris ● Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s
pagina 8/9
De amplitude van het excitatiesignaal bleek geen invloed te hebben op de beslissing of het alarm al dan niet diende af te gaan en dit voor alle experimentele configuraties. De meetsystemen maken geen onderscheid tussen signalen afkomstig van hartslag en ademhaling. Via geavanceerde signaalverwerkingstechnieken is het mogelijk om na te gaan of er onderscheid kan gemaakt worden tussen de respectievelijke signalen afkomstig van hartslag en ademhaling. Dit onderzoek valt echter buiten de scope van de gevraagde analyse. De potentiële verschillen in amplitude in een vergelijking tussen de meetsystemen kan afhankelijk zijn van de vooraf geleverde inspanning. Deze experimenten hadden dan ook louter tot doel na te gaan of de meetsystemen hartslag en ademhaling onderscheiden. Op basis van deze experimenten kan geen uitspraak gedaan worden over hoe de intelligentie in de meetsystemen precies werkt. Het is wel duidelijk dat afwijkingen ten opzicht van het nulsignaal (met ruisband) worden beschouwd onafhankelijk van de grootte van deze afwijkingen. Op basis van ons onderzoek is er evenmin een indicatie dat het gebruik van de Aerosleep matras met Baby Protect op enige manier de werking van de meetsystemen negatief zou beïnvloeden.
4 Algemeen besluit. Er is geen enkele indicatie dat het gebruik van de (Aerosleep matras met) Baby Protect in combinatie met een AngelCare AC401meetsysteem of een Luvion Babysense 5 meetsysteem niet compatibel zou zijn.
© Sirris ● Analyse van twee meetsystemen voor de monitoring van de beweging van baby’s
pagina 9/9
