CA2295525A1

CA2295525A1 - Determination du flux respiratoire nasal et/ou buccal

Info

Publication number: CA2295525A1
Application number: CA002295525A
Authority: CA
Inventors: Stephane Ruton
Original assignee: Individual
Current assignee: Taema SA
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 1999-03-04
Also published as: FR2767466B1; EP1009281A1; AU9078498A; JP2001513387A; US6155985A; AR013434A1; WO1999009886A1; FR2767466A1

Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé pour déterminer l'image du flux respiratoire nasal et/ou buccal d'un utilisateur (2), auquel on administre un gaz respiratoire à au moins un niveau de pression au moyen d'au moins une turbine (6) entraînée par un moteur, dans lequel on mesure en permanence le courant consommé par le moteur de la turbine et on en déduit un signal de courant consommé, on traite le signal de courant consommé et on détermine une image du flux respiratoire nasal et/ou buccal de l'utilisateur à partir du signal de courant traité.

Description

DETERMIIVATION DU FLUX RESPIRATOIItE NASAL ET/OU BUCCAL

L'invention concerne un procédé et un dispositif permettant de déterminer une image du flux ou débit respiratoire d'un utilisateur susceptible d'être sujet à
des troubles respiratoires du sommeil, en vue notamment de diagnostiquer et/ou de traiter lesdits troubles respiratoires, à partir de cette image de flux ou débit respiratoire nasal et/ou buccal.
Les troubles respiratoires du sommeil, tel le Syndrome d'Apnée du Sommeil (SAS), se caractérisent, en général, par un dysfonctionnement de la fonction respiratoire au cours du sommeil.
On observe chez les sujets victimes d'un tel syndrome une fragmentation du sommeil importante avec des phases de sommeil courtes et la reprise d'une respiration normale s'accompagnant le plus souvent d'un éveil bref, de quelques secondes.
Le déroulement normal du sommeil, du stade de sommeil léger au stade de sommeil profond, en passant par un stade de sommeil paradoxal, est fortement perturbé, ce qui a des conséquences sur la vie diurne de ces sujets.
Ceux-ci ont, en effet, tendance à être somnolents, voire à s'endormir en pleine activité, et on observe également chez eux une diminution des fonctions intellectuelles et sexuelles, et des risques d'hypertension et d'insuff isance cardiaque.
Les troubles respiratoires peuvent être de types obstructifs ou centraux.

2 Dans le premier cas, on observe une obstruction totale (apnée obstructive) ou partielle (hypopnée obstructive) des voies aériennes supérieures alors que l'effort musculaire est maintenu. Ce type de troubles est souvent associé à un ronflement important.
Dans le second cas, la commande musculaire est , absente (apnée centrale) ou diminuée (hypopnée centrale), les voies aériennes supérieures étant ouvertes.
Les troubles obstructifs représentent la grande majorité des troubles respiratoires nocturnes. .
Habituellement, le diagnostic des troubles respiratoires du sommeil est effectué dans un laboratoire du sommeil grâce à l'enregistrement et l'étude de nombreux paramètres liés :
- soit au sommeil . électroencéphalogramme, électroocculogramme, électro-myogramme, - soit à la fonction cardio-respiratoire électrocardiogramme, fréquence respiratoire, flux nasal et/ou buccal, mouvements thoraciques et abdominaux, saturation artérielle en oxygène, ronflements.
Le diagnostic de ces pathologies du sommeil est récent et sa mise en oeuvre est lourde et nécessite l'hospitalisation du sujet pendant une ou deux nuits.
Le traitement des troubles respiratoires du sommeil met en oeuvre, habituellement, un appareillage permettant de maintenir les voies aériennes supérieures ouvertes.
Cet appareillage comporte le plus souvent un appareil de pression positive au masque (CPAP), dans lequel un moyen de compression de l'air ambiant, piloté
par un dispositif de commande, délivre dans un conduit puis dans un masque placé sur le nez du patient de façon étanche, une pression d'air.
Le dispositif de commande compare la valeur de la pression dans le masque à une valeur de consigne de . pression réglée et, selon l'écart mesuré, ajuste un

3 signal de commande qu'il délivre au moyen de compressïon_ de l'air ambiant.
Actuellement, la valeur de consigne de pression à
appliquer dans le masque du patient est déterminée empiriquement dans le laboratoire du sommeil par augmentation progressive d'une valeur de consigne initiale et observation des conséquences sur les troubles respiratoires, la valeur choisie étant la première valeur_ pour laquelle on observe un sommeil normal non fragmenté.
Il existe des appareils de diagnostic ou/et de traitement de ces troubles respiratoires nocturnes, détectant les apnées ou les hypopnées, mais ne différenciant pas les événements centraux et obstructifs.
D'autres permettent à partir d'une analyse fréquentielle du signal de pression mesurée au masque de détecter les ronflements et l'appareil de traitement ajuste alors la valeur de consigne de pression pour supprimer ces ronflements.
D'autres encore, après avoir détecté une apnée, envoient dans le masque du patient une impulsion de pression et étudient l'écho éventuel: s'il n'y a pas d'écho, l'événement est central, et si un écho revient, l'événement est obstructif.
De tels appareils sont notamment décrits dans les documents FR-A-2663547 et FR-A-2674133.
Toutefois, afin de pouvoir établir un diagnostic correct des troubles respiratoires (apnées, hypopnées, pathologie de la résistance augmentée...) et/ou de déterminer et/ou mettre en place un traitement adéquat et efficace, il peut être nécessaire, voire indispensable, que le praticien, c'est-à-dire le médecin ou analogue, dispose d'une image fiable représentative de la succession des différentes phases inspiratoires et expiratoires de son patient, c'est-à-dire de l'image du débit ou flux respiratoire du sujet.

4 Cependant, les pocédés et appareils existants soit ne permettent pas une telle détermination fiable et efficace de l'image dudit débit respiratoire,soit requièrent l'utilisation de capteurs de débit, lesquels capteurs de débit ne peuvent être considérés comme une solution satisfaisante, dans la mesure où ceux-ci engendrent, d'une part, une complication de l'architecture globale de l'appareil, donc de son encombrement, et, d'autre part, un surcoût notable de celui-ci.
En outre, les résultats obtenus avec des capteurs de débit ne sont pas très précis car ceux-ci ne permettent pas de, prendre en compte le problème des personnes respirant la bouche ouverte et d'obtenir une image correcte de ce flux respiratoire nasal.
En effet, un grand nombre de personnes souffrant de troubles respiratoires, en particulier de type obstructif, a l'habitude de respirer à la fois par le nez et par la bouche. Or, une telle respiration buccale apparait actuellement sur l'image du flux respiratoire nasal comme une apnée, étant donnée qu'elle entraîne une absence de débit respiratoire buccal.
Dès lors, on comprend aisément, qu'en pareilles circonstances, le diagnostic et/ou le traitement subséquent ne peuvent qu'être incorrects ou incomplets.
La présente invention a donc pour buts de proposer un procédé et un appareil de diagnostic et/ou de traitement des troubles respiratoires du sommeil:
- ne présentant pas les inconvénients des appareils connus;
- utilisables tant dans un laboratoire du sommeil, c'est-à-dire en milieu hospitalier, qu'au domicile du patient;
- susceptibles de permettre de déterminer une image fiable de tout flux respiratoire nasal et/ou buccal d'un patient, laquelle image est susceptible d'aider au diagnostic et/ou au traitement des troubles respiratoires du sommeil et ce, de façon aisée et efficace;
- permettant de déterminer l'image du flux respiratoire du patient à partir des variations du

5 courant consommé par le moteur de la turbine alimentant le patient en un gaz respiratoire comprenant de l'oxygène, tel l'air;
- et qui soit de coût raisonnable et de réalisation aisée.
La présente invention concerne alors un procédé pour déterminer l'image du flux respiratoire nasal et/ou buccal d'un utilisateur, auquel on administre un gaz respiratoire à au moins un niveau de pression au moyen d'au moins une turbine entrainée par un moteur, dans lequel :
- on mesure en permanence le courant consommé par le moteur de la turbine et on en déduit un signal de courant consommé, - on traite le signal de courant consommé, - on détermine une image du flux respiratoire nasal et/ou buccal de l'utilisateur à partir du signal de courant traité.
Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le traitement du signal de courant consommé est réalisé par filtrage, intégration et/ou amplification dudit signal, - il comprend une étape de mémorisation et/ou 30. affichage de l'image du flux respiratoire nasal et/ou buccal, - l'image obtenue est l'image d'un flux respiratoire nasal ou bucco-nasal, - on détermine, en outre, une image d'un flux respiratoire buccal au moyen d'au moins une thermistance,

6 PCT/FR98/01843 - déterminer la valeur moyenne (V1) de l'image du _ f lux respiratoire pendant un temps tl et la valeur moyenne (V2) de l'image du flux respiratoire pendant un temps t2, avec tl > t2 , - calculer la valeur 0(V) avec à(V) = V1 - V2 - déduire de la valeur à(V) une information de phase inspiratoire ou de phase expiratoire, - déterminer des valeurs maximale (Imax) et minimale*
(Imin) de l'image du débit pendant un temps t correspondant à au moins une partie de la durée d'un cycle respiratoire, - déterminer l'amplitude (A) de l'image du débit avec A = Imax - Imin +
- comparer l'amplitude (A) de l'image du débit avec au moins une valeur d'amplitude-seuil (As), - il comporte, en outre, l'étape de déterminer à
partir de la comparaison de l'amplitude (A) avec au moins une valeur d'amplitude-seuil (As), une information de présence ou d'absence d'un trouble respiratoire, - il comporte, en outre, l'étape de modifier la pression du gaz délivré par la turbine en fonction du résultat de la comparaison de l'amplitude (A) avec au moins une valeur d'amplitude-seuil (As), - tl est égal à au moins 5 secondes environ et, de préférence, à au moins 15 secondes environ et/ou t2 est égal à au plus 1 seconde environ et, de préférence, à au plus 0.125 seconde environ, L'invention concerne également un dispositif susceptible de mettre en oeuvre un tel procédé et, en particulier, un dispositif pour déterminer l'image du flux respiratoire nasal et/ou buccal d'un utilisateur comprenant :
- des moyens d'administration d'un gaz respiratoire à au moins un niveau de pression comportant au moins une turbine entrainée par un moteur,

7 - des moyens d'alimentation comportant au moins ùn _ conduit d'acheminement dudit gaz respiratoire reliant la turbine aux voies respiratoires nasales et/ou buccales de l'utilisateur, - des moyens de mesure du courant consommé par le moteur de la turbine afin d'en déduire un signal de courant consommé, - des moyens de traitement dudit signal de courant consommé, - des moyens de mémorisation d'une image du flux respiratoire nasal et/ou buccal de l'utilisateur, Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les moyens de traitement comprennent un filtre, un intégrateur et/ou un amplificateur de signal, - il comporte, en outre, des moyens de traitement de l'image du flux respiratoire nasal et/ou buccal de l'utilisateur permettant d'en déduire une information de présence ou d'absence d'un trouble respiratoire, - qu'il est du type à un ou à deux niveaux de pression.
L'invention concerne, en outre, l'utilisation d'un tel dispositif et/ou d'un tel procédé pour la mise en oeuvre d'une méthode de traitement ou de diagnostic des troubles respiratoires du sommeil chez un utilisateur et, en particulier, pour le traitement ou le diagnostic de l'apnée obstructive du sommeil, de l'hypopnée et/ou du syndrome des résistances augmentées des voies aériennes supérieures.

*rB

8 La présente invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide d'un mode de réalisation d'un tel dispositif et en références aux figures 1 à 6 donnés à
titre illustratif, mais nullement limitatif de l'invention.
La figure 1 représente le schéma d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Plus précisément, un utilisateur ou patient 2 est alimenté en un gaz respiratoire contenant de l'oxygène, tel l'air, par une turbine 6 actionnée par un moteur électrique (non détaillé), via un conduit respiratoire 10 permettant d'acheminer le gaz respiratoire sous pression jusqu'aux-voies respiratoires dudit patient 2.
Selon le cas, le gaz respiratoire est distribué à
une pression positive constante au cours du temps, c'est-à-dire à un seul niveau de pression (appareil de type CPAP), ou à une pression variant entre au moins un niveau de pression basse et au moins un niveau de pression plus élevée, c'est-à-dire à plusieurs niveaux de pression (appareil de type BPAP). Le fonctionnement de tels appareils ayant déjà été décrit à maintes reprises dans l'art antérieur, celui-ci ne sera pas détaillé ci-après.
Toutefois, pour plus de détails, on pourra se reporter notamment aux documents suivants: US-A-5,492,113, US-A-5,239,995, EP-A-0656216 ou EP-A-0505232.
La liaison entre le conduit respiratoire 10 et le patient 2 se fait, classiquement, par l'intermédiaire d'une pièce buccale et/ou nasale 5, tel un masque et/ou des lunettes respiratoires. Toutefois, lorsqu'on utilise une pièce nasale 5 de type masque respiratoire, il est préférable de maintenir une nette surpression de gaz dans ledit masque; en général entre 5 et 20 mbar, par exemple 12 mbar. A l'inverse, lorsqu'on utilise une pièce nasale 5 de type lunettes respiratoires, une légère surpression de gaz (0,20 mbar) suffit.

9 Un capteur de pression 7 dont le poirlt de prise de _ pression est agencé sur l'extrémité aval du conduit respiratoire 10 ou sur la pièce nasale et/ou buccale 5, c'est-à-dire à proximité immédiate des voies respiratoires du patient 2, permet de détecter les variations de pression dues à la respiration du patient, donc l'alternance des phases inspiratoires et expiratoires.
Ce capteur de pression 7 transmet alors, de préférence en continu, une information de valeur de pression à des moyens de commande 8 de la source de débit respiratoire, ici la turbine 6. De préférence, les moyens de commande 8 et la turbine 6 sont insérés au sein d'un même boitier 4.
Cette information de valeur de pression est alors traitée par lesdits moyens de commande 8, lesquels fournissent alors un signal de commande à la turbine 6 en fonction d'une valeur de consigne de surpression déterminée, tel que notamment décrit dans le document EP-A-505232 ou US-A-5,443,061, de manière à moduler la surpression fournie par ladite turbine 6 au patient 2.
Il s'ensuit que le régime moteur de ladite turbine 6 varie en fonction dudit signal de commande et donc que la quantité de courant consommé par le moteur de ladite turbine 6 varie proportionnellement.
Ces variations du courant consommé par le moteur de la turbine 6 sont alors détectées et mesurées par des moyens de traitement 9 en vue d'en déduire un signal représentatif des variations du courant ainsi consommé ou signal de courant consommé.
Ce signal de courant consommé est alors traité par lesdits moyens de traitement 9 du signal de courant consommé, de manière à en déduire au moins une image 11 représentative du flux respiratoire de l'utilisateur .
phases inspiratoires et expiratoires et éventuels troubles respiratoires : apnées, hypopnées, résistance augmentée....
Ainsi que schématisé sur la figure 2, le traitement du signal de courant consommé par la turbine 6 comprend 5 des étapes de filtrage, d'amplification et/ou d'intégration dudit signal. Ce traitement du signal permet notamment d'éliminer la majeure partie des bruits parasites qui s'y trouvent. Ce traitement du signal peut être réalisé au moyen d'une résistance de court-circuit

10 23 ou résistance de shunt de faible résistance aux bornes de laquelle se fait la mesure de la tension du courant, c'est-à-dire d'une résistance d'au moins 0.05 Ohm environ, de préférence de l'ordre de 0.1 Ohm, d'un filtre passe-bas 24, d'un intégrateur 25 et d'un amplificateur 26 de signal.
En d'autres termes, il a été constaté, de manière surprenante, qu'il était possible d'obtenir une image il fiable représentative du flux respiratoire du patient par le biais de la détection et de la mémorisation et/ou visualisation des variations du courant consommé par la turbine 6.
Il est alors possible, à partir de cete image 11, d'établir un diagnostic et/ou mettre en oeuvre un traitement efficace du patient sujet à des troubles respiratoires, notamment en détectant les éventuelles périodes d'apnée ou d'hypopnée à partir de cette image

11.
Cependant, lorsque le conduit 10 est relié au patient par l'intermédiaire d'une pièce nasale, telles des lunettes respiratoires, en procédant comme décrit ci-avant, dans certains cas, il ne sera possible que de déterminer une image incomplète du flux respiratoire; en particulier, lorsque le patient respire aussi par la bouche durant son sommeil.
Dès lors, pour obtenir une image complète du flux respiratoire du patient, c'est-à-dire du flux nasal et du flux buccal, on opère également une détermination des fuites buccales (respiration buccale) à l'aide de moyens de détection de flux respiratoire buccal, par exemple une thermistance 1, agencés à proximité de la bouche du patient 2.
En effet, la thermistance 1 peut détecter tout flux buccal éventuel, de par les variations de température qu'il engendre à proximité immédiate de la bouche. Plus précisément, la thermistance 1 voit sa résistance électrique varier en fonction desdites variations de température, créant ainsi un signal de respiration buccale. Ce signal de respiration buccale est ensuite envoyé à des moyens 3 de traitement de signal de respiration buccale qui traite ce signal et permettent d'en obtenir une image 12. Cette image 12 de respiration buccale peut ensuite être utilisée par le praticien pour diagnostiquer l'existence d'un flux buccal chez le patient et adapter ensuite le traitement du patient en prenant en compte ce flux respiratoire buccal.
Les figures 3 à 6 représentent des enregistrements du débit et de l'image du débit d'un flux respiratoire, ici un flux nasal, obtenu par le procédé de l'invention;
le débit étant mesuré au moyen d'un pneumotachographe de type classique. Plus précisément :
- la figure 3 correspond à l'enregistrement d'une respiration normale, c'est-à-dire d'un patient ne souffrant d'aucun trouble respiratoire du sommeil;
- la figure 4 correspond à l'enregistrement d'une respiration à débit limité chez un patient souffrant du syndrôme de résistance augmentée des voies aériennes supérieures (forme carrée de l'image);
- la figure 5 correspond à l'enregistrement d'une respiration avec périodes d'hypopnée;
- et la figure 6 correspond à l'enregistrement d'une respiration avec périodes d'apnée.

12 Dans tous les cas, on constate toutefois que l'image _ du débit ou flux respiratoire du patient obtenue par le procédé de l'invention correspond étroitement à l'image du courant consommé par la turbine 6 au cours du temps.
A partir de cette image, on détermine la valeur moyenne V1 de l'image du flux respiratoire pendant un temps tl, par exemple 25 secondes, et la valeur moyenne V2 de l' image du f lux pendant un temps t2 de durée très inférieure à tl, par exemple 0.125 secondes.

on calcule ensuite la différence 0(V) = V1 - V2 pour les deux valeurs moyennes V1 et V2 ainsi déterminées et on en déduit une information de phase inspiratoire ou de phase expiratoire, par exemple:
- phase expiratoire lorsque 0(V) > 0; et - phase inspiratoire lorsque 0(V) < 0.
Ensuite, on détermine l'amplitude A de l'image du débit à partir des valeurs maximale (Imax) et mimimale (Imin) de l'image du débit pendant un temps t correspondant à au moins une partie d'un cycle respiratoire (A=Imax-Imin) et on compare cette amplitude A
de l'image du débit avec au moins une valeur d'amplitude-seuil As préfixée, de manière à en déduire une information de présence ou d'absence d'un trouble respiratoire.
Par exemple, si la valeur d'amplitude-seuil As préfixée est une valeur minimale de respiration normale, alors A < As caractérise la présence d'un trouble respiratoire, par exemple une hypopnée. Il est également possible de fixer plusieurs valeurs d'amplitude-seuil As représentative chacune d'un trouble respiratoire spécifique.
A partir de cette détection de la présence ou de l'absence d'un trouble respiratoire, il est alors possible

13 - soit seulement de délivrer une information permettant de servir au diagnostic dudit trouble respiratoire;
- soit de modifier, manuellement ou automatiquement, la pression du gaz délivré par la turbine, de manière à
pallier cette insuffisance ou trouble respiratoire par la mise en oeuvre d'une pression de gaz adaptée.
Manuellement, ce réglage est réalisé par l'utilisateur ou par le praticien, alors qu'automatiquement, ce réglage est effectué par le dispositif lui-même, lequel s'autopilote.

Claims

Revendications

1 - Procédé pour déterminer l'image du flux respiratoire nasal et/ou buccal d'un utilisateur, auquel on administre un gaz respiratoire à au moins un niveau de pression au moyen d'au moins une turbine entrainée par un moteur, dans lequel :
- on mesure en permanence le courant consommé par le moteur de la turbine et on en déduit un signal de courant consommé, - on traite le signal de courant consommé, - on détermine une image du flux respiratoire nasal et/ou buccal de l'utilisateur à partir du signal de courant traité.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement du signal de courant consommé est réalisé par filtrage, intégration et/ou amplification dudit signal.

3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mémorisation et/ou affichage de l'image du flux respiratoire nasal et/ou buccal.

4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'image obtenue est l'image d'un flux respiratoire nasal ou bucco-nasal.

- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on détermine, en outre, une image d'un flux respiratoire buccal au moyen d'au moins une thermistance.

6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes de:
- déterminer la valeur moyenne (V1) de l'image du flux respiratoire pendant un temps t1 et la valeur moyenne (V2) de l'image du flux respiratoire pendant un temps t2, avec t1 > t2;

- calculer la valeur .DELTA.(V) avec .DELTA.(V) = V1 - V2 ;

- déduire de la valeur à(V) une information de phase inspiratoire ou de phase expiratoire.

7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte , en outre, les étapes de :
- déterminer des valeurs maximale (I max) et minimale (I min) de l'image du débit pendant un temps t correspondant à au moins une partie de la durée d'un cycle respiratoire;
- déterminer l'amplitude (A) de l'image du débit avec A = I max - i min %
- comparer l'amplitude (A) de l'image du débit avec au moins une valeur d'amplitude-seuil (As) prédéterminée.

8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, l'étape de modifier la pression du gaz délivré par la turbine en fonction du résultat de la comparaison de l'amplitude (A) avec au moins une valeur d'amplitude-seuil (As).

9 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que t1 est égal à au moins 5 secondes environ et, de préférence, à au moins 15 secondes environ et en ce que t2 est égal à au plus 1 seconde environ et, de préférence, à au plus 0.125 seconde environ.

- Dispositif susceptible de mettre en oeuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 9.

11 - Dispositif pour déterminer l'image du flux respiratoire nasal et/ou buccal d'un utilisateur comprenant :
- des moyens d'administration d'un gaz respiratoire à au moins un niveau de pression comportant au moins une turbine entrainée par un moteur, - des moyens d'alimentation comportant au moins un conduit d'acheminement dudit gaz respiratoire reliant la turbine aux voies respiratoires nasales et/ou buccales de l'utilisateur, - des moyens de mesure du courant consommé par le moteur de la turbine afin d'en déduire un signal de courant consommé, - des moyens de traitement dudit signal de courant consommé, - des moyens de mémorisation d'une image du flux respiratoire nasal et/ou buccal de l'utilisateur.

12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent un filtre, un intégrateur et/ou un amplificateur de signal.

13 - Dispositif selon la revendication il, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens de traitement de l'image du flux respiratoire nasal et/ou buccal de l'utilisateur permettant d'en déduire une information de présence ou d'absence d'un trouble respiratoire.