Technologies to Predict, Prevent and Detect Falls


He did not know it at the time, but the boyhood experience of helping his grandmother navigate the icy sidewalks of Winnipeg was a motivator for Steve Robinovitch’s research as an adult.

“More and more I could see the physical and psychological effects of aging on her ability to maintain mobility,” he said. “She was very brave but also fearful of falling.”

They were well-founded fears. Most of us have heard the stories of an older relative falling, breaking a hip and then going into a decline leading to an earlier death. Statistics support the anecdotes.

Injuries suffered by older adults in falls cost about $3.5 billion a year in Canada. About 25 per cent of older adults who break their hips will die within the year. Increasingly researchers are noting that traumatic brain injuries are also exacting a terrible toll—accounting for close to half of the deaths related to falls.

Falls are the number-one reason for people having to enter care homes.

“The costs are enormous for both the individual and their family members,” said Robinovitch.

A Professor in the School of Engineering Science and the Department of Biomedical Physiology and Kinesiology at Simon Fraser University, Robinovitch is the co-lead of the AGE-WELL Core Research Project titled PRED-FALL-Technologies to Predict, Prevent and Detect Falls.

The PRED-FALL research team is conducting innovative research using networks of video cameras to understanding the circumstances of falls in long-term care. They are also developing a wearable sensor system that can transmit sophisticated information about mobility patterns and falls. The product might rely on sensors based in a smartphone or wrist-watch. Such a device may deliver early warning signs of risk for falls, and provide real-time feedback to assist in exercise and rehabilitation.

“Wearable sensor systems are providing us with the ability to monitor both the quantity and quality of movement as people go about their daily activities. The challenge is working together with care providers, older adults and researchers to agree on the most relevant outcomes, and to address the barriers to adoption,” said Robinovitch.

The PRED-FALL team is also field-testing innovations that hold great promise. Among them: a technology called “compliant flooring”. They worked with an industry partner to modify an existing flooring sublayer called “Smart Cell” that was designed for workers who need to be on their feet for long hours. It feels like a normal floor, but beneath the surface are banks of columns that compress when an object forcefully strikes them, and then pop back up afterwards.

PRED-FALL trainees test the effectiveness of compliant flooring and wearable hip protectors with their “hip impact simulator”

PRED-FALL trainees test the effectiveness of compliant flooring and wearable hip protectors with their “hip impact simulator”

“You can actually drop an egg on it and the egg bounces back,” said project co-lead Fabio Feldman who is the Manager of Seniors Fall and Injury Prevention at Fraser Health (and a former student of Robinovitch’s at SFU).

The PRED-FALL team is testing the concept through a clinical trial in 150 rooms in a care facility—half were randomized to get compliant flooring, and half were renovated with a control flooring. The results will not be known until 2018, but research in the lab would indicate that it could make a real difference on the frequency of hip fractures and head injuries.

“It’s a relatively simple but promising intervention,” said Feldman.

Compliant flooring represents a shift that Feldman promotes – especially for long-term care – from thinking not only about fall prevention, but also injury prevention.

“There is a risk that, if staff focus only on fall prevention, they may discourage residents from physical activity because they’re afraid the person is going to fall. And then quality of life goes down for the residents,” said Feldman.

“An advantage of the flooring is, once it is installed, you don’t need to rely on user acceptance and adherence in adopting the technology – it’s what we refer to as a “passive” form of prevention. Of course, we need evidence on clinical and cost effectiveness to support installations. These are two outcomes of our clinical trial.”

Along with the examination of existing products, the researchers are designing their own versions of compliant flooring. They are seeking to strike a balance–to create something that will cushion falls, but not be so soft as to limit the movement of wheelchairs and other equipment, or impair balance.

In addition, PRED-FALL is developing the next generation of wearable hip protectors. Even though hip protectors have been shown to be effective, reducing the risks of fractures by as much as 80%, the challenge has been convincing people to wear them consistently. In addition to comfort and appearance, the garments require frequent laundering, and can complicate toileting.

Feldman said that their solution is to eliminate the garment and instead use pads that attach directly to the person’s skin using skin-friendly double-sided tape. It means that the pads can be worn for up to 21 days and do not need to be removed for visits to the bathroom. The product is undergoing clinical trials and a local company is poised to get it to market.

Now, many years after watching his grandmother cope with the fear of falling, Robinovitch takes satisfaction in pursuing research that is preventing older people from fall-related injuries.

“It’s immensely valuable to me that our work is contributing knowledge that could improve the lives of older adults. It’s a major motivation for me.”

Technologies de prévision, prévention et détection des chutes

Enfant, Steve Robinovitch aidait sa grand-mère à se déplacer sur les trottoirs glacés de Winnipeg : c’est peut-être ce qui allait faire de lui un chercheur plus tard…

« Plus le temps passait, plus je constatais les effets physiques et psychologiques du vieillissement sur sa capacité de bouger, relate-t-il. Elle était brave, mais elle craignait aussi de tomber. »

Ses craintes étaient fondées. Cette histoire d’un proche âgé qui tombe, se casse une hanche, puis perd une capacité après l’autre jusqu’à en décéder précocement, la plupart d’entre nous la connaissent. Et les statistiques soutiennent cette impression.

Les blessures liées à des chutes chez les adultes d’âge avancé coûtent environ 3,5 milliards de dollars par année au Canada. Parmi les adultes d’âge avancé qui se fracturent une hanche dans une chute, il y a décès l’année qui suit dans 25 pour cent des cas. De plus en plus de chercheurs constatent aussi les terribles ravages des traumatismes crâniens, lesquels sont associés à près de la moitié des décès suivant une chute.

Le risque de chute est le premier motif qui amène une personne en maison de soins.

« Or les coûts sont énormes, pour la personne et pour sa famille », insiste Robinovitch.

Professeur à l’école des sciences du génie et au département de physiologie et kinésiologie biomédicales de l’Université Simon-Fraser, Robinovitch codirige aussi le projet de recherche fondamentale d’AGE-WELL intitulé PPD-CHUTE – Technologies de prévision, prévention et détection des chutes.

 L’équipe du projet réalise une recherche originale sur l’apport des systèmes de caméras vidéo pour cibler les facteurs de chute en contexte de soins de longue durée. Elle développe également un système de capteurs portables pouvant produire des données complexes sur les patrons de déplacement et les chutes. Le produit peut fonctionner à l’aide de capteurs intégrés à un téléphone intelligent ou à une montre-bracelet. Cet équipement pouvant aider à détecter les risques de chute permet aussi d’accompagner la personne en temps réel dans ses exercices et sa réadaptation.

« Grâce aux systèmes de capteurs portables, nous pouvons surveiller la quantité et la qualité de déplacements d’une personne dans son quotidien. Le défi, c’est de travailler avec les fournisseurs de soins, les adultes d’âge avancé et les chercheurs pour s’entendre sur les résultats les plus probants et ainsi éliminer les freins à l’adoption », explique Robinovitch.

L’équipe du projet PPD-CHUTE teste aussi des innovations très prometteuses sur le terrain, notamment une technologie de « plancher adaptatif ». L’équipe a travaillé avec un partenaire du secteur pour modifier un matériau de sous-plancher existant appelé « Smart Cell », conçu pour les gens qui doivent travailler debout pendant de longues heures. L’impression est la même que sur un plancher normal, mais de multiples colonnes qui se contractent sous la force d’un objet, puis se relâchent se trouvent sous la surface.

Les participants en formation du projet PPD-CHUTE font des essais d’efficacité du plancher adaptatif et des protecteurs de hanche portables au moyen de simulateurs d’impacts aux hanches.

Les participants en formation du projet PPD-CHUTE font des essais d’efficacité du plancher adaptatif et des protecteurs de hanche portables au moyen de simulateurs d’impacts aux hanches.

« En fait, si vous laissez tomber un œuf dessus, il rebondira », explique le codirecteur du projet Fabio Feldman, qui est aussi à la tête du service de prévention des chutes et des blessures chez les aînés à Fraser Health (et un ancien étudiant de Robinovitch, à l’Université Simon-Fraser).

L’équipe du projet PPD-CHUTE teste le concept dans le cadre d’un essai clinique réalisé dans 150 chambres d’un établissement de soins : la moitié des chambres ont aléatoirement été dotées du plancher adaptatif; la moitié des chambres ont aussi été rénovées. Les résultats ne seront connus qu’à 2018, mais selon les études en laboratoire, le système pourrait avoir un effet important sur la fréquence des fractures à la hanche et des blessures à la tête.

« C’est relativement simple comme intervention, mais néanmoins prometteur », indique Feldman.

Selon lui, l’adoption du plancher adaptatif marquerait un changement de paradigme, surtout dans les soins de longue durée, parce qu’on se mettrait en mode prévention des chutes et des blessures.

« Le risque, avec la prévention des chutes, c’est que le personnel en vienne à décourager les résidents de bouger par crainte qu’ils ne tombent. La qualité de vie des résidents en prend alors un coup », explique Feldman.

« L’avantage d’un tel plancher, c’est qu’une fois installé, il n’est pas nécessaire de le faire accepter par les utilisateurs. Cette technologie est un bon exemple de prévention “passive”. Bien entendu, pour la mettre en place, il faut des preuves de son efficacité en termes clinique et économique. Ce sont là les deux résultats de notre étude clinique », conclut-il.

En plus de passer les produits existants sous leur loupe, les chercheurs conçoivent aussi leurs propres versions du plancher adaptatif. Ils cherchent à concevoir un produit équilibré, c’est-à-dire capable d’amortir les chutes, mais pas souple au point de limiter l’emploi d’un fauteuil roulant ou d’un autre appareil, voire de nuire à l’équilibre.

L’équipe du projet PPD-CHUTE développe également la prochaine génération de protecteurs de hanche portables. Même si l’efficacité des protecteurs de hanche a été prouvée – ils réduisent le risque de fractures de pas moins de 80 % –, il reste que convaincre les gens de les porter systématiquement n’est pas aisé. Outre la question du confort et de l’apparence, ce vêtement doit être lavé souvent et peut compliquer le simple fait d’aller à la toilette.

La solution de Feldman et son équipe, c’est d’éliminer le vêtement pour plutôt utiliser des coussinets munis d’une bande adhésive double face, sans danger pour la peau, que l’utilisateur pourrait apposer directement sur les hanches. La personne pourrait porter les coussinets jusqu’à 21 jours et n’aurait pas à les retirer pour aller à la toilette. Le produit est soumis à des essais cliniques et une société est sur le point de le mettre sur le marché.

Aujourd’hui, soit bien des années après avoir vu sa grand-mère vivre avec cette peur des chutes, Robinovitch se réjouit de faire de la recherche sur la prévention des blessures liées aux chutes chez les adultes d’âge avancé.

« Que notre travail amène de nouvelles connaissances pouvant améliorer la vie de nos aînés est inestimable à mes yeux. C’est une grande motivation pour moi! »