FR2672793A1 - Method and device for measuring the passive acoustic properties of the lungs - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de mesure des propriétés acoustiques passives du poumon.The present invention relates to a method and a device for measuring the passive acoustic properties of the lung.
On connaît des études qui ont été réalisées sur le pouvoir d'atténuation du poumon pour des sons à fréquence aigüe. Les études ont plus particulièrement porté sur la vitesse de transmission du son afin de déterminer si la propagation s'effectue par les tissus ou par les voies aériennes. D'autres études ont porté sur l'analyse de l'amplitude globale d'un signal transmis en différents points de la cavité thoracique de façon à déterminer des coefficients de normalisation de l'amplitude des bruits ventilatoires.There are known studies which have been carried out on the attenuating power of the lung for sounds at high frequency. More specifically, studies have focused on the speed of sound transmission to determine whether it is spread through tissue or the airway. Other studies have focused on the analysis of the overall amplitude of a signal transmitted to different points of the thoracic cavity so as to determine coefficients for normalizing the amplitude of ventilatory noises.
Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif qui permettent de mesurer les propriétés acoustiques passives du poumon en vue d'une analyse ultérieure par un praticien qui aura la possibilité d'effectuer un diagnostic.The object of the invention is to propose a method and a device which make it possible to measure the passive acoustic properties of the lung for a later analysis by a practitioner who will have the possibility of carrying out a diagnosis.
A cet effet, le procédé de mesure des propriétés acoustiques passives du poumon, selon l'invention, notamment de la fonction de transfert acoustique du poumon d'un patient selon l'inventionS en vue de l'établissement d'un diagnostic par un praticien se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes - émission d'un bruit blanc au moyen d'un hautparleur dans une gamme de fréquence comprise entre 50 Hz et 5 KHz directement au niveau des voies aériennes supérieures du patient - détection et enregistrement du bruit transmis et modifié par lesdites voies aériennes supérieures5 à l'aide d'un capteur positionné dans le creux sus sternal, cet enregistrement constituant un signal d'entrée, - détection et enregistrement du bruit transmis par le système poumons-cage thoracique à l'aide d'un second capteur placé sur ladite cage thoracique, cet enregistrement constituant un signal de sortie, et - analyse de la fonction de transfert, module et phase, ainsi que de la fonction de cohérence entre le signal d'entrée et de sortie.To this end, the method for measuring the passive acoustic properties of the lung, according to the invention, in particular of the acoustic transfer function of the lung of a patient according to the invention with a view to establishing a diagnosis by a practitioner. is characterized in that it comprises the following stages - emission of white noise by means of a loudspeaker in a frequency range between 50 Hz and 5 KHz directly at the level of the upper airways of the patient - detection and recording of the noise transmitted and modified by the said upper airways5 using a sensor positioned in the supernal sternum, this recording constituting an input signal, - detection and recording of the noise transmitted by the lung-chest system to the using a second sensor placed on said rib cage, this recording constituting an output signal, and - analysis of the transfer function, module and phase, as well as the function tion of coherence between the input and output signal.
Selon une autre caractéristique, le procédé comprend également la visualisation de la courbe correspondant à la fonction de transfert en fonction de la fréquence et de la courbe de cohérence.According to another characteristic, the method also comprises the visualization of the curve corresponding to the transfer function as a function of the frequency and of the coherence curve.
Selon une variante du mode de réalisation du procédé, l'émission du bruit blanc est effectuée par un haut-parleur disposé à l'entrée de la canule placée dans la trachée des patients intubés, avec signature spectrale du bruit transmis à la sortie de la canule, préalablement enregistrée et archivée5 de façon que le bruit transmis constitue le signal d'entrée, supprimant ainsi le premier capteur et permettant également de s'affranchir des déformations du signal émis par le haut-parleur lors du passage à travers les voies aériennes supérieures.According to a variant of the embodiment of the method, the emission of white noise is carried out by a loudspeaker placed at the entrance of the cannula placed in the trachea of intubated patients, with spectral signature of the noise transmitted at the exit of the cannula, previously recorded and archived5 so that the transmitted noise constitutes the input signal, thus eliminating the first sensor and also making it possible to be free from distortions of the signal emitted by the loudspeaker when passing through the upper airways .
Plus particulièrement, le second capteur est placé aux points d'auscultation connus de la cage thoracique.More particularly, the second sensor is placed at the known auscultation points of the rib cage.
Selon une autre caractéristique de l invention, le patient est placé dans une chambre sourde durant la mesure, ce qui n'est pas indispensable mais donne une plus grande sensibilité à la méthode.According to another characteristic of the invention, the patient is placed in a deaf room during the measurement, which is not essential but gives greater sensitivity to the method.
L'invention ayant pour objet le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, ce dernier comprend - un haut-parleur relié à un générateur de bruit blanc plus particulièrement dans la gamme de fréquence comprise entre 50 Hz et 5 KHz, - au moins un capteur microphonique travaillant dans la bande de fréquence comprise entre 50 Hz et 5 KHz maintenu par un support de positionnement, - un conditionneur recevant les signaux des capteurs, - un analyseur de spectre recevant et traitant les signaux du conditionneur5 et - des moyens de visualisation des signaux de l'ana- lyseur de spectre.The subject of the invention is the device for implementing the method, the latter comprising - a loudspeaker connected to a white noise generator more particularly in the frequency range between 50 Hz and 5 KHz, - at least one microphone sensor working in the frequency band between 50 Hz and 5 KHz maintained by a positioning support, - a conditioner receiving the signals from the sensors, - a spectrum analyzer receiving and processing the signals from the conditioner5 and - means for displaying the spectrum analyzer signals.
Selon une caractéristique particulière, les microphones sont munis d'un préamplificateur.According to a particular characteristic, the microphones are provided with a preamplifier.
Quant au support de microphone, il comprend une embase munie d'au moins une cavité mise en dépression de façon à maintenir ledit microphone avec une pression constante au contact du patient en un point bien déterminé.As for the microphone support, it comprises a base provided with at least one cavity placed in depression so as to maintain said microphone with constant pressure in contact with the patient at a well-determined point.
Selon une caractéristique particulière, ce support comprend une embase cylindrique avec trois zones concentriques, la première zone extérieure étant en dépression, la zone intermédiaire étant mise à la pression atmosphérique par un canal d'équipression et la zone intérieure formant une chambre étanche dans le prolongement du microphone maintenu par le support.According to a particular characteristic, this support comprises a cylindrical base with three concentric zones, the first external zone being in depression, the intermediate zone being brought to atmospheric pressure by an equipression channel and the internal zone forming a sealed chamber in the extension microphone held by the stand.
L'invention est décrite ci-après en regard des dessins annexés, selon un mode de réalisation particulier - la figure 1 représente un schéma blocs du dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente un schéma d'installation du microphone avec canule en double Y, - la figure 3 représente un schéma d'installation du microphone avec embout buccal, - la figure 4 représente une vue en coupe du support du microphone utilisé dans le dispositif selon l invention, - les figures 5A et 5B représentent respectivement des courbes de cohérence et de fonction de transfert en fonction de la fréquence sur un sujet sain, et - les figures 6Q et 6B représentent des courbes identiques à celles des figures 5 et SE mais sur un sujet présentant une pathologie pulmonaire.The invention is described below with reference to the accompanying drawings, according to a particular embodiment - FIG. 1 represents a block diagram of the device according to the invention, - FIG. 2 represents a diagram of installation of the microphone with cannula in double Y, - figure 3 represents a diagram of installation of the microphone with mouthpiece, - figure 4 represents a sectional view of the support of the microphone used in the device according to the invention, - figures 5A and 5B represent curves respectively consistency and transfer function as a function of frequency on a healthy subject, and - Figures 6Q and 6B represent curves identical to those of Figures 5 and SE but on a subject with pulmonary pathology.
Sur la figure 1 qui représente un schéma blocs du dispositif la référence 10 indique une chambre sourde dans laquelle est installé un patient 12 qui doit être examiné à l'aide du dispositif 14 selon l invention.In FIG. 1 which represents a block diagram of the device, the reference 10 indicates a deaf room in which a patient 12 is installed, which must be examined using the device 14 according to the invention.
Ce dispositif 14 comprend un haut-parleur 16 disposé au niveau des voies aériennes supérieures du patient, ce haut-parleur étant relié à l'extérieur de la chambre sourde 10 à un amplificateur 18 luimême relié à un générateur de bruits blancs 20. Cet ensemble 16, 18, 20 constitue l'ensemble émetteur 22.This device 14 comprises a loudspeaker 16 placed at the level of the patient's upper airways, this loudspeaker being connected outside the deaf chamber 10 to an amplifier 18 itself connected to a white noise generator 20. This assembly 16, 18, 20 constitutes the transmitter assembly 22.
Ainsi que cela est représenté sur la figure 3, le haut-parleur 16 est disposé à l'extrémité d'un embout buccal 160 muni d'une dérivation 162 à 90 par rapport à l'axe haut-parleur-bouche, cette dérivation étant complétée par un tube annelé 164 mis à l'air libre à distance des microphones.As shown in FIG. 3, the loudspeaker 16 is arranged at the end of a mouthpiece 160 provided with a branch 162 to 90 relative to the loudspeaker-mouth axis, this branch being supplemented by a ringed tube 164 vented away from the microphones.
Dans le cas d'un patient installé en réanimation ou sous respirateur artificiel par exemple, il est prévu ainsi que cela est représente sur la figure 2 de placer un tube-raccord 166 en Y, entre la canule du patient et le respirateur, l'une des branches 168 étant munie du haut-parleur 16 tandis que la seconde branche 170 est elle-m#me munie du Y de liaison au respirateur qui permet l'inspiration 174 et l'expiration 176.In the case of a patient installed in intensive care or on an artificial respirator, for example, provision is made, as shown in FIG. 2, for placing a tube connector 166 in Y, between the patient's cannula and the ventilator, the one of the branches 168 being provided with the loudspeaker 16 while the second branch 170 is itself provided with the Y connecting to the respirator which allows inspiration 174 and expiration 176.
Sur la figure 1, le dispositif comprend des moyens de détection 24 qui comprennent un premier capteur 26 muni d'un préamplificateur 28 et relié à un conditionneur 30.In FIG. 1, the device comprises detection means 24 which comprise a first sensor 26 provided with a preamplifier 28 and connected to a conditioner 30.
Il est également prévu un second capteur 32 muni d'un préamplificateur 34 et également relié au conditionneur 30.A second sensor 32 is also provided, provided with a preamplifier 34 and also connected to the conditioner 30.
Le support de microphone est cylindrique, réalisé en matériau à faible conductance thermique.The microphone holder is cylindrical, made of material with low thermal conductance.
Il comprend une première zone 200 centrale, et recevant le microphone 202 et formant ainsi une chambre 204. Deux zones coaxiales 206, 208 sont ménagées sur la face inférieure. La deuxième zone 206 est mise à l'air libre par un canal d'équipression 210 de façon à isoler la zone centrale de la troisième zone 208 mise en dépression par la canalisation 212. Un joint 214, disposé dans un logement 216 à l'intérieur de la première zone 200 assure l'étanchéité autour du microphone.It comprises a first central zone 200, and receiving the microphone 202 and thus forming a chamber 204. Two coaxial zones 206, 208 are provided on the lower face. The second zone 206 is brought into the open air by an equipression channel 210 so as to isolate the central zone from the third zone 208 placed under vacuum by the pipe 212. A seal 214, disposed in a housing 216 at the inside the first zone 200 seals around the microphone.
Sur la figure 1, le conditionneur 30 est disposé à l'intérieur de la chambre sourde et relié à l ex- térieur de cette chambre à des moyens d'analyse et de visualisation 36 qui comprennent un analyseur de spectre 38 et des moyens de visualisation, en l'occurrence un écran et une table traçante 40. In FIG. 1, the conditioner 30 is disposed inside the deaf chamber and connected outside this chamber to analysis and display means 36 which comprise a spectrum analyzer 38 and display means , in this case a screen and a plotter 40.
Les éléments de ce dispositif doivent être choisis de façon que la fonction transfert entre les deux voies d'acquisition et de traitement soit parfaite, à savoir que la cohérence soit égale à 1, le dépha sage soit égal à O et que le rapport d'amplitude soit égal a 1 sur la plage de fréquences étudiée, 50 à 5.000 Hz.The elements of this device must be chosen so that the transfer function between the two acquisition and processing channels is perfect, namely that the coherence is equal to 1, the dephasing is equal to O and that the ratio of amplitude is equal to 1 over the frequency range studied, 50 to 5,000 Hz.
Le dispositif selon l'invention permet la mise en application de ce procédé qui comprend les étapes suivantes - émission à partir de l'émetteur 22 d'un bruit blanc généré par le générateur 20, bruit qui est amplifié par l'amplificateur 18 et qui est émis directement dans la bouche du patient 12 grce au haut-parleur 16. Ce bruit blanc se propage à travers les voies aériennes supérieures du patient, propagation au cours de laquelle il est déformé, et le premier capteur 26 détecte ce bruit blanc déformé par les voies aériennes supérieures, les signaux correspondant à ces bruits étant amplifiés et introduits dans le conditionneur comme étant des signaux d'entrée, c est-à-dire des signaux de base à partir desquels les comparaisons pourront autre ultérieurement effectuées.The device according to the invention allows the application of this method which comprises the following steps - emission from the transmitter 22 of white noise generated by the generator 20, noise which is amplified by the amplifier 18 and which is emitted directly into the mouth of the patient 12 thanks to the loudspeaker 16. This white noise propagates through the upper airways of the patient, propagation during which it is deformed, and the first sensor 26 detects this white noise deformed by the upper airways, the signals corresponding to these noises being amplified and introduced into the conditioner as being input signals, that is to say basic signals from which the comparisons may be made later.
- détection par le capteur 32 des bruits propagés par le poumon à travers la paroi thoracique, les signaux détectés étant amplifiés et dirigés vers le conditionneur 30.detection by the sensor 32 of the noise propagated by the lung through the chest wall, the detected signals being amplified and directed towards the conditioner 30.
Les signaux en sortie de ce conditionneur sont envoyés vers l'analyseur de spectres 38 disposé à l'extérieur de la chambre sourde 10. Cet analyseur est muni d'un logiciel de traitement des signaux de façon à les traiter et à permettre le tracé des courbes correspondant à la fonction de cohérence et à la fonction transfert entre les signaux d'entrée et de sortie.The signals at the output of this conditioner are sent to the spectrum analyzer 38 disposed outside the deaf chamber 10. This analyzer is provided with software for processing the signals so as to process them and allow the plotting of the curves corresponding to the coherence function and to the transfer function between the input and output signals.
Le procédé mis en oeuvre à l'aide du dispositif selon l'invention permet d'obtenir des exemples de courbe tels que représentés sur les figures 5N, 5E et 6#, 6B qui correspondent respectivement aux courbes de cohérence et de modules de la fonction transfert chez un sujet sain et chez un sujet présentant une pathologie pulmonaire.The method implemented using the device according to the invention makes it possible to obtain examples of a curve as shown in FIGS. 5N, 5E and 6 #, 6B which correspond respectively to the coherence and modulus curves of the function transfer to a healthy subject and to a subject with pulmonary pathology.
En effet, l'analyseur de spectre effectue d'abord le rapport des spectres de fréquences des amplitudes des signaux d'entrée et de sortie pour l'éta- blissement de la courbe du module de la fonction de transfert. L'analyseur de spectres effectue également le tracé de la fonction de cohérence à partir de l'interspectre et des autospectres des signaux entrée et sortie.Indeed, the spectrum analyzer first carries out the ratio of the frequency spectra of the amplitudes of the input and output signals for the establishment of the curve of the module of the transfer function. The spectrum analyzer also plots the coherence function from the interspectrum and the autospectra of the input and output signals.
On constate ainsi que les courbes de cohérence des sujets sain et malade sont différentes et le praticien sera à même d'interpréter ces différences.It is thus noted that the coherence curves of the healthy and sick subjects are different and the practitioner will be able to interpret these differences.
Quant à la courbe de la fonction de transfert, elle doit être étudiée dans la zone où il y a une cohérence suffisante des signaux d'entrée et de sortie, à savoir quand la cohérence est supérieure à 0,7.As for the curve of the transfer function, it must be studied in the zone where there is sufficient coherence of the input and output signals, namely when the coherence is greater than 0.7.
C'est ainsi que dans la zone de 600 à 800 Hz, sur les figures 5R et 6S, la cohérence est supérieure à 0,7. Par ailleurs dans cette même zone de 600 à 800 Hz, la comparaison des courbes du module de la fonction de transfert sur les figures 5B, 6B montre clairement qu'il existe des variations d'amplitude et des pics différents susceptibles d'etre inter prétés là encore par le praticien.Thus, in the 600 to 800 Hz zone, in Figures 5R and 6S, the coherence is greater than 0.7. Furthermore, in this same zone from 600 to 800 Hz, the comparison of the curves of the module of the transfer function in FIGS. 5B, 6B clearly shows that there are variations in amplitude and different peaks liable to be interpreted. again by the practitioner.
Une remarque s impose quant aux courbes tracées.A remark is essential as for the curves drawn.
Elles sont tracées en décibels relatifs car les microphones sont étalonnés préalablement avec une source sonore de 94 dB à 1.000 Hz si bien que les amplitudes des deux microphones sont normalisées et qu on peut donc s'affranchir des facteurs de varia tion de réponse des différents microphones et de plus, obtenir directement le tracé par simple soustraction des valeurs des amplitudes en décibels.They are plotted in relative decibels because the microphones are calibrated beforehand with a sound source of 94 dB at 1,000 Hz so that the amplitudes of the two microphones are normalized and it is therefore possible to overcome the response variation factors of the different microphones and in addition, directly obtain the plot by simple subtraction of the values of the amplitudes in decibels.
Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent la mesure des propriétés acoustiques passives du poumon de façon non traumatisante et quel que soit l'état du malade puisque la détection et l'analyse 5 effectuent sans la coopération du sujet.The method and the device according to the invention make it possible to measure the passive acoustic properties of the lung in a non-traumatic way and whatever the condition of the patient since the detection and analysis are carried out without the cooperation of the subject.
Selon une variante du dispositif, il est possible également de n'analyser que les bruits transmis et enregistrés lors des inspirations, les fonctions de transfert et de cohérence variant légèrement avec la phase ventilatoire et dans ce but on place en parallèle un pneumotachographe par exemple qui assure le déclenchement des enregistrements à l'inspiration ou bien les enregistrements sont effectués sans intéruption à l'inspiration et l ex- piration et une unité de traitement permet de ne retenir que les informations concernant les bruits recueillis durant les phases d'inspiration et/ou d'expiration. According to a variant of the device, it is also possible to analyze only the noises transmitted and recorded during inspirations, the transfer and coherence functions varying slightly with the ventilatory phase and for this purpose a pneumotachograph is placed for example which ensures the triggering of recordings on inspiration or the recordings are made without interuption on inspiration and exhalation and a processing unit makes it possible to retain only information concerning the noises collected during the phases of inspiration and / or expiration.
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