FR2725137A1 - DEVICE FOR DETECTING RESPIRATORY CYCLES, PARTICULARLY FOR MONITORING THE EXECUTION OF A TREATMENT - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un dispositif de détection de cycles respiratoires, notamment pour contrôler l'exécution d'un traitement au cours duquel on fait respirer un patient un gaz de traitement, ou un mélange d'un tel gaz avec de l'air, qui est envoyé à l'entrée des voies respiratoires du patient. The present invention relates to a device for detecting respiratory cycles, in particular for controlling the execution of a treatment during which a patient is made to breathe a treatment gas, or a mixture of such a gas with air. , which is sent to the patient's airway entrance.
Selon une technique courante en matière d'assistance respiratoire, on envoie, à l'entrée du système respiratoire du patient, en particulier dans ses narines, un débit constant, fixé à l'avance, de gaz de traitement, par exemple un mélange de 90% d'oxygène et 10% d'azote. On utilise fréquemment pour cela des appareils communément appeles "lunettes respiratoires", composés d'une monture de lunettes à laquelle sont fixés des petits tubes débouchant dans les narines du patient, à faible distance de l'entrée de cellesci. Lors de l'inspiration, le patient aspire, dans ses voies respiratoires, un mélange formé d'air atmosphérique et de gaz de traitement. Lors de l'expiration, l'oxygène se mélange à l'air expiré. According to a common technique for respiratory assistance, a constant flow rate, fixed in advance, of treatment gas, for example a mixture of, is sent to the patient's respiratory system, in particular in his nostrils. 90% oxygen and 10% nitrogen. For this purpose, devices are commonly used, commonly called "breathing glasses", composed of a spectacle frame to which are fixed small tubes opening into the nostrils of the patient, a short distance from the entry thereof. During inspiration, the patient sucks a mixture of atmospheric air and treatment gas into his respiratory tract. During exhalation, oxygen mixes with the exhaled air.
Dans la suite du présent texte, on parlera essentiellement d'oxygénothérapie, c'est-à-dire du cas où le gaz de traitement est l'oxygène, mais il doit être entendu que le dispositif peut éventuellement être utilisé dans des cas où le gaz de traitement est différent. In the remainder of this text, we will essentially speak of oxygen therapy, that is to say of the case where the treatment gas is oxygen, but it should be understood that the device may possibly be used in cases where the treatment gas is different.
La prescription médicale prévoit habituellement que l'envoi de gaz de traitement doit être réalisé, sous la responsabilité du patient, pendant un temps déterminé, qui est en général supérieur à une heure. Il est important de pouvoir contrôler si le traitement a bien été effectué pendant le temps prévu et de façon correcte. The medical prescription usually provides that the sending of treatment gases must be carried out, under the responsibility of the patient, for a determined time, which is generally greater than one hour. It is important to be able to check whether the treatment has been carried out correctly and for the expected time.
On a imaginé, pour cela, de contrôler la pression dans les conduits reliant la source de gaz de traitement au patient. En effet, l'inspiration se traduit par une baisse de pression au niveau de la sortie de ces conduits à l'entrée des voies respiratoires du patient. L'expiration se traduit par une hausse de la pression au même endroit. On conçoit que des variations d'un signal de pression peuvent être traitées dans une électronique appropriée pour obtenir des signaux indiquant que le traitement est en cours. For this purpose, it has been imagined to control the pressure in the conduits connecting the source of treatment gas to the patient. In fact, inspiration results in a drop in pressure at the outlet of these conduits at the inlet of the patient's respiratory tract. Expiration results in increased pressure in the same place. It is understood that variations in a pressure signal can be processed in appropriate electronics to obtain signals indicating that the processing is in progress.
Les variations de pression sont nettes à l'entrée des voies respiratoires du patient, c'est-à-dire à la sortie des conduits de gaz de traitement. Du fait des pertes de charge dans le conduit souple qui relie la source de gaz de traitement au patient, les signaux deviennent plus faibles, et plus difficiles à séparer du bruit, si on s'éloigne de l'extrémité du conduit en direction de la source de gaz de traitement. Si un humidificateur, constitué d'un récipient contenant de l'eau dans laquelle on fait barboter le gaz de traitement, est placé dans le circuit de gaz de traitement, le point de captage de la pression doit être placé en aval de cet appareil par rapport au sens de circulation de gaz de traitement.On est donc amené soit à placer le capteur à proximité de l'utilisateur, ce qui est peu pratique pour celui-ci, soit à prévoir un tube supplémentaire reliant les "lunettes respiratoires" au capteur, ce qui augmente la rigidité et le poids du conduit, et qui oblige à utiliser des "lunettes respiratoires" spéciales, et donc coûteuses. The pressure variations are clear at the inlet of the patient's respiratory tract, that is to say at the outlet of the treatment gas conduits. Due to the pressure drops in the flexible conduit which connects the source of treatment gas to the patient, the signals become weaker, and more difficult to separate from the noise, if one moves away from the end of the conduit towards the source of process gas. If a humidifier, consisting of a container containing water in which the process gas is bubbled, is placed in the process gas circuit, the pressure sensing point must be placed downstream of this device by relative to the direction of flow of treatment gas. We therefore have to either place the sensor close to the user, which is inconvenient for the user, or to provide an additional tube connecting the "breathing glasses" to the sensor , which increases the rigidity and the weight of the conduit, and which requires the use of special "breathing glasses", and therefore expensive.
On a aussi proposé de placer un capteur de température du type thermistance sur les lunettes respiratoires, à proximité immédiate de l'extrémité du conduit de gaz de traitement. On est alors obligé de relier le capteur à un boîtier de traitement de signaux par des fils électriques qui s'ajoutent au conduit de gaz de traitement. Cette solution est, elle aussi, coûteuse et compliquée, et susceptible de gêner le patient.It has also been proposed to place a temperature sensor of the thermistor type on the respiratory glasses, in the immediate vicinity of the end of the treatment gas duct. We are then forced to connect the sensor to a signal processing unit by electrical wires which are added to the processing gas conduit. This solution is also expensive and complicated, and likely to annoy the patient.
Un autre inconvénient des dispositifs à capteur de variation de pression est qu'ils ne permettent pas, par euxmêmes, un contrôle de la bonne marche des moyens de fourniture de gaz de traitement ou air enrichi en gaz de traitement : en cas d'arrêt de la source de gaz de traitement, ou d'obstruction ou rupture de conduit en amont du capteur, on pourra seulement vérifier que le patient a bien utilisé l'appareil, même s'il n'a pas reçu la dose de gaz de traitement prescrite. Si l'obstruction ou la rupture se trouve en aval du capteur, un litige risque d'apparaître entre le patient et le médecin, le premier ayant exécuté ce qui lui était demandé, et le second n'en voyant aucune trace enregistrée. Des moyens de contrôle et d'alarme peuvent être prévus, mais ils constituent une complication supplémentaire pour le dispositif. Another disadvantage of devices with a pressure variation sensor is that they do not, by themselves, control the proper functioning of the means for supplying treatment gas or air enriched with treatment gas: in the event of the source of treatment gas, or obstruction or rupture of duct upstream of the sensor, it will only be possible to verify that the patient has used the device correctly, even if he has not received the prescribed dose of treatment gas . If the obstruction or rupture is downstream of the sensor, a dispute may arise between the patient and the doctor, the former having carried out what was asked of him, and the latter seeing no recorded trace. Control and alarm means can be provided, but they constitute an additional complication for the device.
La présente invention a pour but de fournir un dispositif qui permet un contrôle efficace de l'application des prescriptions médicales, sans occasionner de gêne pour le patient, tout en étant d'une complication réduite et d'un faible coût. The present invention aims to provide a device which allows effective control of the application of medical prescriptions, without causing discomfort for the patient, while being of a reduced complication and a low cost.
Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un dispositif du type indiqué au début, ce dispositif étant utilisable pour déterminer les périodes de temps où le traitement a été effectif et ayant pour particularité qu'il comprend
- un capteur de débit placé sur ledit conduit servant à faire parvenir le débit de gaz de traitement ou air enrichi en gaz de traitement au patient,
- une électronique et un calculateur aptes à déterminer, à partir des signaux de sortie du capteur, le débit moyen de gaz de traitement ou air enrichi en gaz de traitement, ainsi que le nombre et le sens des variations de débit au cours d'une période de temps prédéterminée, et à émettre en conséquence des signaux d'existence ou d'absence de cycles respiratoires.To obtain this result, the invention provides a device of the type indicated at the start, this device being usable for determining the periods of time when the treatment has been effective and having the particularity that it comprises
a flow sensor placed on said duct serving to send the flow of treatment gas or air enriched with treatment gas to the patient,
- electronics and a computer capable of determining, from the sensor output signals, the average flow rate of process gas or air enriched in process gas, as well as the number and direction of flow rate variations during a predetermined period of time, and to issue signals of existence or absence of respiratory cycles accordingly.
Grâce au fait qu'on détecte un débit, le capteur peut être placé à une distance de l'extrémité du conduit beaucoup plus grande que dans la technique classique. Thanks to the fact that a flow rate is detected, the sensor can be placed at a distance from the end of the conduit much greater than in the conventional technique.
Avantageusement, il sera incorporé à un dispositif de production de gaz de traitement ou d'air enrichi en ce gaz.Advantageously, it will be incorporated into a device for producing treatment gas or air enriched with this gas.
De préférence, le calculateur est apte à enregistrer le débit moyen de gaz de traitement ou d'air enrichi en gaz de traitement, pendant au moins une période de temps choisie à l'avance. Preferably, the computer is able to record the average flow rate of process gas or air enriched in process gas, for at least a period of time chosen in advance.
De cette façon, un seul capteur peut contrôler à la fois la bonne marche des moyens de production de gaz de traitement, ou air enrichi en gaz de traitement, et la bonne observation des prescriptions médicales : en cas d'arrêt du dispositif ou d'obstruction du conduit, le débit est nul. In this way, a single sensor can control both the proper functioning of the means of production of treatment gas, or air enriched with treatment gas, and the proper observation of medical prescriptions: in the event of the device being stopped or obstruction of the duct, the flow is zero.
Une rupture du conduit se traduit par un débit constant, même si l'utilisateur a mis correctement en place les "lunettes respiratoires
Un problème important à résoudre pour détecter la bonne utilisation de l'appareillage réside dans l'existence de rapports signal/bruit très défavorables.A rupture of the duct results in a constant flow, even if the user has correctly fitted the "breathing glasses
An important problem to be solved in order to detect the correct use of the equipment lies in the existence of very unfavorable signal / noise ratios.
Pour obtenir néanmoins des résultats fiables de façon acceptable, le calculateur doit extraire l'information "cycle respiratoire" du signal de débit. Pour cela, il procède avantageusement comme suit
a) détermination du débit moyen sur deux périodes de temps,
b) soustraction de ces deux débits, pour créer un signal normalisé autour de zéro,
c) étude des variations de ce signal pendant deux périodes de temps consécutives, et calcul d'un coefficient de confiance pendant cette période,
d) calcul d'un coefficient de confiance pendant une période plus longue et conclusion,
e) répétition des opérations a) à d).However, to obtain acceptable results in an acceptable manner, the computer must extract the "respiratory cycle" information from the flow signal. For this, it advantageously proceeds as follows
a) determination of the average flow over two time periods,
b) subtraction of these two bit rates, to create a normalized signal around zero,
c) study of the variations of this signal during two consecutive time periods, and calculation of a confidence coefficient during this period,
d) calculation of a confidence coefficient for a longer period and conclusion,
e) repetition of operations a) to d).
L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique illustré avec les dessins parmi lesquels
Figure 1 est un schéma simplifié de l'appareillage.The invention will now be explained in more detail with the aid of a practical example illustrated with the drawings among which
Figure 1 is a simplified diagram of the apparatus.
Figure 2 est un organigramme de fonctionnement du calculateur. Figure 2 is a flowchart of operation of the computer.
La figure 1 montre un dispositif de production de gaz de traitant, ici de l'oxygène, qui envoie, par l'intermédiaire d'une ligne 2, de l'oxygène à un patient symbolisé par P. Un capteur de débit 3 est intercalé sur la ligne 2. I1 peut être du type "AWM 5101" de la Société
Honeywell, et il est connecté électriquement à une carte d'électronique 4, elle-même en communication avec un calculateur 5. FIG. 1 shows a device for producing treating gas, here oxygen, which sends, via a line 2, oxygen to a patient symbolized by P. A flow sensor 3 is inserted on line 2. I1 can be of the "AWM 5101" type from the Company
Honeywell, and it is electrically connected to an electronic card 4, itself in communication with a computer 5.
La fonction de l'électronique 4 est de transformer les signaux du capteur 3 en données utilisables par le calculateur 5. The function of the electronics 4 is to transform the signals from the sensor 3 into data usable by the computer 5.
Le fonctionnement du calculateur va être décrit. I1 est illustré par la figure 2. The operation of the computer will be described. I1 is illustrated in FIG. 2.
Le signal de débit est échantillonné avec une période courte, typiquement 10 millisecondes. The flow signal is sampled with a short period, typically 10 milliseconds.
Deux moyennes sont calculées sur des nombres de points différents et suffisamment grands, par exemple une sur 25 points et une sur 30 points. La différence de ces deux moyennes produit un signal normalisé autour de zéro, quelle que soit la valeur du débit. Two averages are calculated on different and sufficiently large numbers of points, for example one on 25 points and one on 30 points. The difference between these two means produces a normalized signal around zero, regardless of the value of the flow rate.
Les signaux de respiration, en particulier l'expiration, sont généralement rapides et donc peu amortis. Breathing signals, especially expiration, are generally rapid and therefore poorly damped.
Un intervalle autour de zéro est fixé : lorsque le signal reste confiné dans cet intervalle, on considère qu'il n'y a pas de respiration, dans le cas contraire il est possible de détecter un cycle. Un cycle respiratoire peut provoquer plusieurs passages de seuil, une relation est nécessaire entre le nombre de dépassements et la présence ou non d'un patient. Le seuil définissant l'intervalle est choisi empiriquement de façon à limiter le nombre de fausses détections (aucun dépassement si les lunettes sont posées), et de garantir une bonne sensibilité quels que soient les débits. An interval around zero is fixed: when the signal remains confined in this interval, we consider that there is no breathing, otherwise it is possible to detect a cycle. A respiratory cycle can cause several threshold crossings, a relationship is necessary between the number of exceedances and the presence or absence of a patient. The threshold defining the interval is empirically chosen so as to limit the number of false detections (no overshoot if the glasses are fitted), and to guarantee good sensitivity whatever the flow rates.
L'influence de nombreux paramètres (artefacts, hauteur d'eau dans l'humidificateur, amplitude de la respiration, ...) sur les dépassements de seuils obligent à considérer des critères d'identification supplémentaires. The influence of many parameters (artefacts, height of water in the humidifier, breathing amplitude, etc.) on exceeding thresholds means that additional identification criteria must be considered.
Suivant une réalisation pratique intéressante, quatre critères (C1 , C2, C3, C4) ont été retenus afin de prendre une décision quant au branchement ou non du patient. Ils correspondent à la conversion en données numériques de constatations qualitatives. Following an interesting practical realization, four criteria (C1, C2, C3, C4) were retained in order to make a decision as to whether or not to connect the patient. They correspond to the conversion of qualitative findings into digital data.
Chacun des critères peut évoluer entre O et 1 de façon continue. Plus il sera proche de 1 plus le branchement sera certain. Each of the criteria can evolve between 0 and 1 continuously. The closer it is to 1 the more certain the connection will be.
Les trois premiers fournissent une information sur la possibilité d'un branchement au cours de la dernière période de temps écoulée, par exemple une minute, le quatrième fournit une information sur un temps écoulé plus long, par exemple les cinq dernières minutes. The first three provide information on the possibility of a connection during the last elapsed period of time, for example one minute, the fourth provides information on a longer elapsed time, for example the last five minutes.
Une période est décomposée en deux demi-périodes ici de 30 secondes, pendant lesquelles le nombre de dépassements de seuil est compté. A period is broken down into two half-periods here of 30 seconds, during which the number of threshold crossings is counted.
C1 et C2 sont le rapport entre le nombre de dépassements et 7 (dans l'exemple décrit). Sept dépassements sont interprétés comme un branchement certain pendant la dernière demi-période (C1 ou C2 égal à 1). Le troisième critère C3 est la moyenne des deux premiers. On a fixé à 75% (C3 = 0,75) le seuil pour conclure à un branchement pendant la dernière période de temps. De même, si C3 est inférieur à 25%, on conclut à un débranchement. C1 and C2 are the ratio between the number of exceedances and 7 (in the example described). Seven exceedances are interpreted as a certain connection during the last half-period (C1 or C2 equal to 1). The third criterion C3 is the average of the first two. The threshold was set at 75% (C3 = 0.75) to conclude that there was a connection during the last period of time. Likewise, if C3 is less than 25%, it concludes with a disconnection.
Entre ces deux seuils, aucune conclusion n'est tirée, on reste dans l'état précédent. Ainsi il est possible de conclure à un branchement au cours de la dernière période avec une confiance égale à C3. Between these two thresholds, no conclusion is drawn, we remain in the previous state. Thus it is possible to conclude a connection during the last period with a confidence equal to C3.
Le quatrième critère est calculé toutes les demipériodes (30 secondes). Il évalue la confiance en un branchement au cours du temps écoulé correspondant (5 minutes par exemple). The fourth criterion is calculated every half period (30 seconds). It assesses the confidence in a connection during the corresponding elapsed time (5 minutes for example).
C4 = s (C3/lO)*branche
branche = 1 si branchement pendant la dernière minute,
O sinon.C4 = s (C3 / lO) * branch
branch = 1 if connection during the last minute,
O otherwise.
C4 est la moyenne de la confiance sur le dernier temps écoulé (5 minutes par exemple). Un seuil sur C4 a été fixé à 50t. Ce dernier critère (C4) est celui qui permet de conclure ou non à un branchement. C4 is the average of the confidence over the last elapsed time (5 minutes for example). A threshold on C4 has been set at 50t. This last criterion (C4) is the one which allows to conclude or not a connection.
On obtient en utilisant les données indiquées ci-dessus à titre d'exemple, avec une erreur maximale de + 5 minutes, l'évaluation du temps de présence du patient. Attendu que les durées de traitement prescrites médicalement sont habituellement au minimum d'une heure, cette précision est jugée suffisante par les praticiens. Using the data indicated above by way of example, with a maximum error of + 5 minutes, the evaluation of the time of presence of the patient is obtained. Whereas the medically prescribed treatment times are usually at least one hour, this precision is considered sufficient by practitioners.
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