FR2924914A1 - Procede de detection des cycles respiratoires dans un signal stethoscopique - Google Patents

Abstract

Pour discriminer une phase de respiration, par rapport à une phase d'apnée, il comporte les étapes consistant, pour chaque échantillon du signal stéthoscopique, à :- filtrer (71) le signal stéthoscopique pour éliminer des fréquences basses du signal stéthoscopique,- calculer (72) l'énergie Eh de cet échantillon du signal filtré,- calculer (73) l'énergie moyenne Eh_moy du signal filtré,- puis prendre une décision (74), Respiration ou Apnée, en fonction de la valeur de la différence Eh - Eh_moy pour cet échantillon.

Description

I Procédé de détection des cycles respiratoires dans un signal stéthoscopique

L'invention concerne un procédé de détection des cycles respiratoires dans un signal stéthoscopique. En médecine, il est classique de pratiquer une auscultation pulmonaire au moyen d'un stéthoscope pour obtenir des informations sur la physiologie et les pathologies des poumons et des voies aériennes d'un patient. Un praticien recherche des sons particuliers appelés marqueurs, notamment les sons qualifiés de sibilants, de crépitants, etc, pour diagnostiquer des pathologies telles que l'asthme ou la bronchopathie obstructive chronique. Alors que l'auscultation classique au stéthoscope est subjective et difficilement partageable, un système électronique de capture et d'analyse des sons respiratoires devrait pouvoir apporter une aide au praticien pour un diagnostic objectif et précoce, grâce à une meilleure sensibilité et une meilleure reproductibilité des résultats. La réalisation d'un tel système pose un problème de détection des cycles respiratoires, plus précisément il est nécessaire de repérer un intervalle de temps correspondant à une phase d'inspiration, et un autre intervalle de temps correspondant à une phase d'expiration, ces deux intervalles étant séparés par un intervalle d'apnée. Dans chacune des phases inspiratoire et expiratoire on distingue en outre trois parties : la protophase (premier tiers de la phase), la mésophase (tiers médian de la phase), et la téléphase (troisième tiers de la phase). La détection automatique des cycles respiratoires est utile en particulier pour déterminer le nombre et la position des crépitants par rapport au cycle respiratoire, et pour le suivi de l'apnée du sommeil. Les sons respiratoires peuvent être captés au moyen d'un capteur de sons comportant une membrane (comme un stéthoscope) et un microphone, ce capteur étant placé au niveau de la bouche, ou de la trachée, ou des poumons du patient. Les sons respiratoires ainsi captés seront appelés sons stéthoscopiques ou signal stéthoscopique, dans ce qui suit. On distinguera les sons pulmonaires, qui sont captés au niveau des poumons, et les sons trachéaux qui sont captés au niveau de la trachée.

Les sons stéthoscopiques sont caractérisés par un large spectre avec une fréquence moyenne qui dépend du point de capture des sons. On admet généralement que la fréquence des sons pulmonaires se situe dans la bande 50 - 2500 Hz, et que celle des sons trachéaux peut aller jusqu'à 4000 Hz. Il est donc possible d'utiliser une fréquence d'échantillonnage de 8 Kz. On admet que les sons trachéaux ont un spectre de 60 - 600 Hz pour l'inspiration et de 60 - 700 Hz pour l'expiration. De nombreux bruits se superposent aux marqueurs qui intéressent le praticien. En particulier, le coeur crée du bruit : Le spectre des sons cardiaques est compris entre 20 et 100 Hz pour les signaux de base, mais il comporte des fréquences plus élevées (500 Hz et au-delà ) pour les sons qualifiés de souffles.

Au niveau de la trachée, le son respiratoire normal est affecté par un bruit contenant des composantes à haute fréquence, audibles durant la phase d'inspiration et durant la phase d'expiration. Au niveau du thorax, un son respiratoire normal est affecté par un bruit faible pendant l'inspiration, et un bruit très audible pendant la phase d'expiration.

Les signaux respiratoires ne sont pas stationnaires parce que le volume des poumons change constamment, et ils varient en fonction de l'âge, de la masse corporelle, et de l'état pathologique du patient. Tous ces facteurs rendent difficile la détection automatique des cycles respiratoires. Divers systèmes de détection des cycles respiratoires ont été expérimentés, et la plupart de ces systèmes exploitent simultanément : -des sons trachéaux pour déterminer la phase d'inspiration et la phase d'expiration, - plusieurs sons pulmonaires, - et une mesure du volume d'air expiré.

Ces systèmes connus sont des systèmes expérimentaux, trop complexes pour être utilisés couramment par les praticiens, puisqu'ils utilisent simultanément plusieurs capteurs de son et un spiromètre. A fortiori, ils ne sont pas utilisables par un patient tout seul, dans le cadre de la télémédecine à domicile. En outre, la détection des cycles respiratoires réalisée par ces systèmes connus est souvent perturbée par le bruit affectant les signaux captés. Le but de l'invention est de proposer un procédé et un système de détection automatique des cycles respiratoires qui soient plus simples à mettre en oeuvre, et qui procurent une détection plus fiable et plus robuste vis à vis des signaux parasites tels que les bruits de frottement du capteur de son sur les vêtements, les bruits ambiants, etc. L'objet de l'invention est un procédé de détection des cycles respiratoires dans un signal stéthoscopique, caractérisé en ce que pour discriminer une phase de respiration, par rapport à une phase d'apnée, il comporte les étapes consistant, pour chaque échantillon du signal stéthoscopique, à : - filtrer le signal stéthoscopique pour éliminer des fréquences basses du signal stéthoscopique, - calculer l'énergie Eh de cet échantillon du signal filtré, - calculer l'énergie moyenne Eh_moy du signal filtré, - puis prendre une décision, Respiration ou Apnée, en fonction de la valeur de la différence Eh - Eh_moy pour cet échantillon. L'expérience montre que le procédé ainsi caractérisé est efficace en utilisant un seul capteur de sons pulmonaire, et aucun spiromètre, grâce à la combinaison du filtrage éliminant les fréquences basses, et à l'utilisation de ce test pour prendre une décision. Il permet donc de détecter des cycles respiratoires avec un matériel qui n'est pas plus complexe à manipuler qu'un stéthoscope classique.

Dans des modes de réalisation préférés, le procédé selon l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Il comporte en outre une étape de lissage des erreurs de courte durée, telle que pour déterminer une décision lissée pour un échantillon Ei, il consiste a: -considérer une suite de fenêtres temporelles Fj, j variant de 1 à n, n étant un nombre pair, la fenêtre temporelle Fj correspond aux n échantillons consécutifs Ei-n+j+1 Ei, i+j - pour chaque fenêtre Fj, j variant de 1 à n, compter à l'intérieur de la 30 fenêtre le nombre Rj d'échantillons où la décision provisoire est Respiration, et associer ce nombre à chaque échantillon contenu dans la fenêtre Fj, notamment à l'échantillon Ei, n, afin d'obtenir une valeur RT = n - puis comparer la valeur RT à n/2 et conclure alors que l'échantillon Ei 5 appartient à une phase de respiration si RT > n/2 , et sinon conclure qu'il appartient à une phase d'apnée. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, le procédé comporte en outre une étape de lissage des phases d'incertitude ayant une durée non négligeable par rapport à la durée typique d'une phase de respiration ou d'une 10 phase d'apnée, caractérisé en ce que, pour tisser une phase d'incertitude donnée, il consiste à :

- tester une première hypothèse selon laquelle c'est une phase de respiration en vérifiant les conditions suivantes, cette hypothèse étant vérifiée seulement si toutes les conditions suivantes sont remplies : 15 • Vj,k, Energie(ai)<_ Energie (rk) • I Energie(ri+2) -Energie(ri_2) I < E2 • I Energie(ri+1) - Energie(ri_1) I < E1 • I Energie(ri) - Energie(ri+z) I < Ez • I Energie(ri) -Energie(ri_2) I < E2 20 où aj est une phase d'apnée, rk une phase de respiration, où E1, E2 sont deux valeurs fixées, et où ri est la phase d'incertitude, r;+1 et ri+2 sont les deux phases de respiration qui la suivent immédiatement, ri_1 et r1-2 sont les deux phases de respiration qui la précèdent immédiatement ; 25 et si la première hypothèse n'est pas vérifiée, tester une seconde hypothèse selon laquelle c'est une phase d'apnée, en vérifiant les conditions suivantes, cette hypothèse étant vérifiée seulement si toutes les conditions suivantes sont remplies : bj,k, Energie(a;)<_ Energie (rk) - additionner les valeurs Rj pour j = 1 à n, qui ont été associées à l'échantillon Ei respectivement pour les fenêtres temporelles Fj, j variant de 1 à (i=n R j • bj, I Energie(ai) - Energie(aj) I < Eo • I Energie(ri_2) - Energie(ri) I < E2 • I Energie(ri_,) - Energie(ri}1) I < E, où aj est une phase d'apnée, ai est une phase d'apnée, rk une phase 5 de respiration, où ri est la phase d'incertitude, r1+1 est la phase de respiration qui la suivent immédiatement, ri_1 et r1_2 sont les deux phases de respiration qui la précèdent immédiatement, et où Eo, El, E2 sont trois valeurs fixées. 10 Selon un mode de mise en oeuvre, pour valider une hypothèse, le procédé consiste en outre à mesurer la durée de la phase d'incertitude et la comparer à une valeur typique correspondant à ladite hypothèse. Selon un mode de mise en oeuvre, pour valider une hypothèse, le procédé consiste en outre à mesurer la durée de la phase d'incertitude et la 15 comparer à la valeur moyenne des durées d'autres phases du même type que celui définit par ladite hypothèse. Selon un mode de mise en oeuvre, pour discriminer Inspiration/ Expiration dans une phase de respiration, il consiste en outre à : - calculer l'énergie globale des échantillons des phases de respiration 20 paires, depuis le début du signal, - calculer l'énergie globale des échantillons des phases de respiration impaires, depuis le début du signal, - comparer ces deux moyennes et en déduire que les phases de respiration paires sont des phases d'inspiration si l'énergie globale des 25 échantillons des phases de respiration paires est supérieure à l'énergie globale des échantillons des phases de respiration impaires, et réciproquement. Selon un autre mode de mise en oeuvre, pour discriminer Inspiration/ Expiration dans une phase de respiration, il consiste en outre à : - calculer la moyenne des durées des phases de respiration paires, 30 - calculer la moyenne des durées des phases de respiration impaires, - comparer ces deux moyennes et en déduire que les phases de respiration paires sont des phases d'expiration si la moyenne des durées des phases de respiration paires est supérieure à ta moyenne des durées des phases de respiration impaires, et réciproquement.

L'invention a aussi pour objet un dispositif programmable comportant des moyens de stockage sur lesquels est enregistré un programme, ce programme comportant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées, réalisent les étapes du précédé selon l'invention. L'invention a aussi pour objet un moyen de stockage sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées sur un dispositif programmable, réalisent les étapes du précédé selon l'invention. L'invention a aussi pour objet un dispositif comportant des moyens adaptés pour exécuter les étapes du précédé selon l'invention.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant : - La figure 1 représente les étapes d'un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. - La figure 2 représente le graphe de la valeur d'un signal stéthoscopique 20 capté au niveau des poumons, durant quatre cycles respiratoires. - La figure 3 représente le graphe de la valeur de ce signal stéthoscopique, après filtrage passe-haut. - La figure 4 représente le graphe de l'énergie de ce même signal stéthoscopique filtré. 25 - La figure 5 représente le graphe de la différence entre l'énergie de ce même signal stéthoscopique filtré, et l'énergie moyenne de ce même signal stéthoscopique filtré. - La figure 6 représente le graphe des décisions provisoires Respiration/Apnée, pour le même signal stéthoscopique filtré. 30 - Etape 70 : Un son respiratoire est capté au niveau pulmonaire, puis est numérisé à la fréquence de 8 KHz. Selon une variante de mise en oeuvre, le son respiratoire peut être capté au niveau de la trachée. -Etape 71 : Le signal est filtré numériquement par un filtre passe-haut, ayant de préférence une fréquence de coupure à 500Hz, pour atténuer les bruits gênants pour la détection de cycles respiratoires, notamment le bruit dû à la voix du médecin. - Etape 72 : Calcul de l'énergie Eh du signal stéthoscopique filtré. - Etape 73 : Calcul de l'énergie moyenne Eh_moy du signal stéthos-10 copique filtré, sur un intervalle de temps s'étendant, de préférence, depuis son origine. - Etape 74 : Calcul de la différence entre l'énergie Eh du signal stéthoscopique filtré, et l'énergie moyenne Eh_moy du signal stéthoscopique filtré. Une décision provisoire, Respiration ou Apnée, est prise en fonction de la valeur de cette différence : 15 Si (Eh - Eh_moy) > 0, alors il s'agit d'une phase de respiration. Sinon il s'agit d'une phase d'apnée. - Etape 75 : Lissage des erreurs de courte durée, relativement à la durée d'une phase de respiration ou d'apnée. Cela permet d'éliminer des décisions erronées portant sur un échantillon isolé ou quelques échantillons isolés. 20 -Etape 76 : Lissage des phases d'incertitude. On appelle phase d'incertitude un intervalle de durée non négligeable par rapport à la durée typique d'une phase de respiration ou d'une phase d'apnée, et où il y a une alternance d'un faible nombre de décisions lissées Apnée et d'un faible nombre de décisions lissées Respiration . Cette alternance n'est pas lissée par l'étape 75 car elle 25 porte sur un trop grand nombre d'échantillons. Elle a pour effet de créer une ou plusieurs discontinuités dans la détection d'une phase de respiration ou d'une phase d'apnée. -Etape 77 : Discrimination Inspiration/ Expiration pendant chaque phase de respiration, selon un procédé décrit plus loin.

La figure 2 montre le graphe de la valeur V du signal stéthoscopique capté durant quatre cycles respiratoires (environ 180.000 échantillons). Chaque cycle dure en général entre 4 et 7 secondes lorsqu'un médecin demande au patient d'inspirer et d'expirer complètement. Chaque cycle comprend : une phase d'inspiration, une phase d'apnée, une phase d'expiration, et une seconde phase d'apnée. Pendant une phase d'apnée, l'absence de déplacement d'air ne produit pas de son, mais le capteur capte du bruit. Cette figure montre que l'amplitude du son pendant la phase d'inspiration est nettement plus forte que pendant la phase d'expiration. L'amplitude du bruit pendant les deux phases d'apnée, est généralement plus faible que l'amplitude du son respiratoire pendant la phase d'expiration, mais n'est pas négligeable par rapport à cette dernière. D'autre part, il arrive parfois que le bruit soit supérieur à l'amplitude du son respiratoire, en particulier le bruit de voix quand le médecin parle au patient (Seconde moitié du graphe).

La figure 3 représente te graphe de la valeur Vh du même signal stéthoscopique après filtrage passe-haut, avec une fréquence de coupure à 500 Hz. On constate que le bruit, en particulier le bruit de voix, est très réduit par rapport au signal original représenté sur la figure 2. La figure 4 représente, dans sa partie supérieure, le graphe de l'énergie 20 Eh de ce même signal stéthoscopique filtré, qui est représenté dans la partie inférieure. La figure 5 représente le graphe de la différence (Eh -Eh_moy) entre l'énergie Eh du même signal stéthoscopique filtré, et l'énergie moyenne Eh_moy de ce même signal stéthoscopique filtré. A partir de ces données, on prend une 25 décision provisoire Respiration / Apnée en faisant le test suivant : Si (Eh - Eh_moy) > 0, alors il s'agit d'une phase de respiration. Sinon il s'agit d'une phase d'apnée. La soustraction de cette valeur moyenne glissante Eh_moy comme des références permet d'adapter constamment les conditions de discrimination aux 30 variations du niveau de bruit et aux variations du niveau du signal utile, ces niveaux étant différents notamment d'un patient à un autre.

La figure 6 représente le graphe des décisions provisoires Respiration/Apnée, pour le même signal stéthoscopique filtré, sur quatre cycles respiratoires. Le graphe de ce signal filtré est représenté en superposition.

Lissage des erreurs de courtes durées (Etape 75)

Pour chaque échantillon, on prend une décision provisoire, à l'étape 74 : Soit Respiration (notée r) si (Eh - Emoy) > 0 Soit Apnée (notée a) si (Eh - Emoy) < ou = 0 Dans l'idéal, on devrait obtenir une suite de décisions de la forme : rrrrrrrrrrrrrrrraaaaaaaa rrrrrrrrrrrrraaaaaaa Cependant, des décisions erronées peuvent survenir, sur un échantillon ou quelques échantillons consécutifs. Pour éliminer ces décisions erronées, on réalise un lissage des erreurs de courte durée. Dans ce qui suit on appellera ces décisions des décisions lissées . On considère un échantillon donné Ei, pour lequel on a obtenu une décision provisoire DPi et pour lequel on veut déterminer une décision lissée DLi. On va utiliser la décision provisoire DPi et les décisions provisoires obtenues pour les n échantillons précédant immédiatement l'échantillon donné Ei. A partir de ces n+1 décisions provisoires, on détermine cette décision lissée DLi par un calcul qui est réalisé en temps différé par rapport au calcul de la décision provisoire DPi. On considère une fenêtre temporelle glissante dont la taille correspond à n échantillons, n étant un nombre pair fixé. On appelle T la période 25 d'échantillonnage. Cette fenêtre temporelle est décalée d'une période d'échantillonnage T pour chaque nouvel échantillon, de sorte que l'on a une suite de fenêtres F0, F1, F2, F3, Le décalage temporel entre la décision provisoire et la décision définitive, pour un même échantillon, est au moins égal à nT et fixe. Il permet de disposer de n+1 décisions provisoires DPi-n, DPi-n+1,.. 30 ..., DPi-1, Dpi, pour prendre une décision lissée DLi. A un instant t0, une fenêtre temporelle FO correspond à l'échantillon donné Ei et aux n-1 échantillons qui le précèdent : Ei-n+1, 10

A l'instant t1 = tO+T, une nouvelle fenêtre temporelle F1 correspond aux échantillons : Ei-n+2, Ei, Ei+1. A l'instant t2 = t1 +T, une nouvelle fenêtre temporelle F3 correspond aux échantillons : Ei-n+3, Ei, Ei+l, Ei+2.

A l'instant t3 = t2+2T, une nouvelle fenêtre temporelle F4 correspond aux échantillons : Ei-n+4, Ei, Ei+1, Ei+2, Ei+3.

.......................................................................... DTD: ................................. A l'instant tj = tl+j.T, une nouvelle fenêtre temporelle Fj correspond aux échantillons : Ei-n+j+1 Ei+j...DTD: .......................................................................... DTD: .................................... . A l'instant tn = t1+n.T, une nouvelle fenêtre temporelle Fn correspond aux échantillons..DTD: 15 Il est à remarquer que chaque échantillon est contenu dans une suite de n fenêtres décalées les unes par rapport aux autres. A l'instant tn on peut déterminer une décision lissée DLi pour l'échantillon Ei car on connaît alors les décisions provisoires prises pour les échantillons contenues dans toutes les fenêtres contenant cet échantillon donné Ej, c'est à dire les fenêtres FO à Fn. 20 Pour chaque fenêtre Fj, on compte, à l'intérieur de la fenêtre, le nombre d'échantillons où la décision provisoire est Respiration. Le nombre obtenu, Rj, est compris entre 0 et n, inclus. On associe ce nombre Rj à chaque échantillon contenu dans la fenêtre Fj, notamment l'échantillon Ei, parce que ce nombre représente la vraisemblance de la décision Respiration dans cette 25 fenêtre : La valeur RO est associée à tous les échantillons qui sont dans la fenêtre F0. La valeur R1 est associée à tous les échantillons qui sont dans la fenêtre F1.

.......................................................................... DTD: ............................................................. . La valeur Rj est associée à tous les échantillons qui sont dans la fenêtre Fj. 30 La valeur Rn est associée à tous les échantillons qui sont dans la fenêtre Fn...DTD: Pour déterminer la décision lissée DLi pour l'échantillon Ei, on considère tes n fenêtres Fj, et les valeurs Rj correspondantes, pour j = 1 à n. On additionne ces valeurs Rj pour j = 1 à n, afin d'obtenir une valeur RT représentative de la vraisemblance de la décision Respiration. Puis on fait le test suivant : (j=n Rj Si RT = > n/2 n

Alors il s'agit d'un échantillon de respiration

Sinon, il s'agit d'un échantillon d'apnée On admet que les échantillons au début du signal ne sont pas importants 10 pour l'analyse qui suivra ; on fixe donc arbitrairement la décision provisoire à Apnée pour les n premiers échantillons, au début du signal. Exemple où n = 8. dans l'exemple, on considère une fenêtre de taille 8 échantillons position de la fenêtre glissante somme des 1" position de la fenêtre glissante sornme des 1' sonme: somme / taille fenetre : décision finale 15 La figure 7 représente le graphe des décisions Respiration/Apnée, pour le même signal stéthoscopique filtré, que sur les figures 1-6, après un lissage des erreurs de courte durée. Afin de mieux visualiser l'impact du lissage, la figure 7 5 représente simultanément le résultat avant et après lissage.

Lissage des phases d'incertitudes (Etape 76)

On rappelle qu'une phase d'incertitude est un intervalle de durée non 10 négligeable par rapport à la durée d'une phase de respiration ou d'une phase d'apnée, et où il y a une alternance d'un faible nombre de décisions tissées Apnée et d'un faible nombre de décisions lissées Respiration . Cette alternance n'est pas lissée par l'étape 75, et elle a pour effet de créer une ou plusieurs discontinuités dans la détection d'une phase de respiration ou d'une 15 phase d'apnée. Le cas des phases d'incertitudes est un cas que nous n'avons pas rencontré lors de nos expérimentations. Cependant, nous prévoyons tout de même la possibilité qu'un tel cas se produise. Dans les signaux auscultatoires pulmonaires que l'on cherche à analyser, 20 on a des cycles respiratoires inspiration - apnée -expiration - apnée . Une phase de respiration devrait donner une suite continue de décisions r après l'étape de lissage des erreurs de courte durée. Une phase d'apnée devrait donner une suite continue de décisions a après l'étape de lissage des erreurs de courte durée. Une transition de r vers a devrait permettre de conclure 25 que c'est la fin d'une phase de respiration et le début d'une phase d'apnée. Une transition de a vers r devrait permettre de conclure que c'est la fin d'une phase d'apnée et le début d'une phase de respiration. Dans le cas idéal, l'étape de lissage des erreurs de courte durée devrait donc nous fournir un résultat du type : 30 r 1 a 1 r 1 a 1 r 1 a 1 r 1 Cependant, des phases d'incertitudes peuvent apparaître. On notera incertitude une phase d'incertitude. Il existe 4 cas possibles : Cas a : une incertitude apparaît entre deux phases de respirations.

r I a I r Iincertitude I r 1 a I r I 5 Cas a_bis : une incertitude apparaît entre deux phases d'apnées.

j r I a I r I a I incertitude I a I r I

Cas b : une incertitude apparaît entre une phase de respiration et une phase 10 d'apnée. I r I a__ I .... r... incertitude I _a_ I r I a I r I

Cas b_bis : une incertitude apparaît entre une phase d'apnée et une phase de respiration. 15 I r I a I r a_ I incertitude I ...r... I a I r I

Quel que soit le cas , on utilise le même procédé pour déterminer si c'est une phase de respiration ou une phase d'apnée. Pour cela, on teste les deux hypothèses suivantes. Si la première hypothèse n'est pas correcte, on 20 vérifie la seconde. Hypothèse 1 : C'est une phase de respiration r;. Cette hypothèse est exacte, si les deux tests suivants donnent tous les deux un résultat positif : -- Test sur l'énergie des phases : On sait que les cycles suivent le schéma inspiration - apnée - expiration - apnée (alternance 25 inspiration /expiration). L'énergie du signal calculée sur ta durée d'une phase d'apnée est inférieure à l'énergie du signal calculée sur la durée d'une phase de respiration. De plus, l'énergie du signal calculée sur la durée d'une phase d'inspiration est supérieure à l'énergie du signal calculée sur la durée d'une phase d'expiration. On calcule l'énergie du signal pendant chaque phase et on 30 compare les énergies des phases de respiration paires et des phases de respiration impaires. Si une des conditions suivantes n'est pas respectée, alors l'hypothèse 1 est fausse : • dj,k, Energie(aj)<_ Energie (rk) • I Energie(r1+2) - Energie(ri_2) I < E2 • I Energie(ri+i) -Energie(r1_1) < E, • I Energie(ri) - Energie(r1+2) I < E2 • I Energie(ri) - Energie(ri_2) I < E2 où aj est une phase d'apnée, rk une phase de respiration, où E,, E2 sont deux valeurs fixées, et où ri est la phase d'incertitude, r1+1 et ri+2 sont les deux phases de respiration qui la suivent immédiatement, ri_l et r1_2 sont les deux phases de respiration qui la précèdent immédiatement ; -- Test sur la durée des phases : La durée typique d'une phase de respiration est comprise entre 1,5 et 3,5 s. La durée typique d'une phase d'apnée est comprise entre 0,5 et 2,5 s. On mesure la durée des différentes phases. Si on détecte une forte incohérence de la durée de la phase d'incertitude par rapport à des durées typiques prédéterminées (par exemple une durée de phase de respiration égale à 7s), cela signifie que l'hypothèse faite est incorrecte. Dans les cas ambigus, il est également possible de calculer la durée moyenne des phases d'inspirations, la durée moyenne des phases d'expiration, et la durée moyenne des phases d'apnée, pour le signal considéré, c'est à dire pour un patient particulier ; et de comparer la durée de la phase d'incertitude aux moyennes trouvées.

Hypothèse 2 : La phase d'incertitude est une phase d'apnée agi. Cette hypothèse est exacte si les deux tests suivants donnent tous les deux un 25 résultat positif : -- Test sur l'énergie des phases : On calcule l'énergie du signal pendant chaque phase et on compare l'énergie d'une phase de respiration paire et l'énergie d'une phase de respiration impaire. Si une des conditions suivantes n'est pas respectée, alors l'hypothèse 2 est fausse : 30 • Vj,k, Energie(aj)<_ Energie (rk) • Vj, I Energie(ai) - Energie(a;) I < Eo • I Energie(ri_2) - Energie(ri) I < E2 • I Energie(ri_,) - Energie(r;t1) I < E, où aj est une phase d'apnée, a; est une phase d'apnée, rk une phase de respiration, où r, est la phase d'incertitude, r41 est la phase de respiration qui la 5 suivent immédiatement, ri_1 et ri_2 sont les deux phases de respiration qui la précèdent immédiatement, et où Eo, El, E2 sont trois valeurs fixées

-- Test sur la durée des phases : On mesure la durée des 10 différentes phases. Si on détecte une forte incohérence par rapport à des durées typiques prédéterminées (par exemple une durée de phase d'apnée égale à 7s), cela signifie que l'hypothèse faite est incorrecte. Dans les cas ambigus, il est également possible de calculer la durée moyenne des phases d'inspirations, la durée moyenne des 15 phases d'expiration, et la durée moyenne des phases d'apnée, pour le signal considéré, c'est à dire pour un patient particulier ; et de comparer la durée de la phase d'incertitude aux moyennes trouvées. Discrimination phase d'inspiration / phase d'expiration (Etape 77) 20 Lors de la discrimination Respiration/ Apnée on a déterminé les phases de respiration. Cela permet d'éliminer les échantillons du signal correspondant aux phases d'apnée. Les échantillons de signal restant correspondent alors seulement à des phases d'inspiration et à des phases d'expiration. Dans la suite d'échantillons restants, il y a alors en théorie une alternance d'une phase 25 d'inspiration et d'une phase d'expiration. Deux cas sont possibles : - Soit toutes les phases de respiration paires correspondent à l'inspiration, et alors toutes les phases de respiration impaires correspondent à l'expiration. - Soit toutes les phases de respiration paires correspondent soit à l'expiration, 30 et alors toutes les phases de respiration impaires correspondent à l'inspiration.

On sait que l'énergie du signal calculée sur la durée d'une phase d'inspiration est en généralement supérieure à l'énergie du signal calculée sur la durée d'une phase d'expiration. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, le procédé de 5 discrimination Inspiration/ Expiration consiste à : - calculer l'énergie globale des échantillons des phases de respiration paires, depuis le début du signal, - calculer l'énergie globale des échantillons des phases de respiration impaires, depuis le début du signal, 10 - comparer ces deux énergies et en déduire que les phases de respiration paires sont des phases d'inspiration si l'énergie globale des échantillons des phases de respiration paires est supérieure à l'énergie globale des échantillons des phases de respiration impaires, et réciproquement. La figure 8 représente le graphe des décisions Inspiration/Expiration 15 pendant les phases de Respiration, pour le même signal stéthoscopique filtré. Chaque phase d'inspiration est représentée à la partie supérieure du graphe, en superposition avec le signal original. Chaque phase d'expiration est représentée à la partie inférieure du graphe. Un second procédé de discrimination Inspiration/Expiration peut 20 consister à : - calculer la moyenne des durées des phases de respiration paires, - calculer la moyenne des durées des phases de respiration impaires, - comparer ces deux moyennes et en déduire que les phases de respiration paires sont des phases d'expiration si la moyenne des durées des 25 phases de respiration paires est supérieure à ta moyenne des durées des phases de respiration impaires, et réciproquement. Selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le premier procédé de discrimination Inspiration/Expiration est utilisé pour la discrimination Inspiration/Expiration, puis le second procédé est utilisé pour vérifier l'exactitude de la discrimination réalisée par le premier procédé.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1) Procédé de détection des cycles respiratoires dans un signal stéthoscopique, caractérisé en ce que pour discriminer une phase de respiration, par rapport à une phase d'apnée, il comporte les étapes consistant, pour chaque échantillon du signal stéthoscopique, à : - filtrer (71) le signal stéthoscopique pour éliminer des fréquences basses du signal stéthoscopique, - calculer (72) l'énergie Eh de cet échantillon du signal filtré, - calculer (73) l'énergie moyenne Eh_moy du signal filtré, - puis prendre une décision (74), Respiration ou Apnée, en fonction de la valeur de la différence Eh - Eh_moy pour cet échantillon.

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (75) de lissage des erreurs de courte durée, et en ce que pour déterminer une décision lissée pour un échantillon Ei, il consiste à : - considérer une suite de fenêtres temporelles Fj, j variant de 1 à n, n étant un nombre pair, la fenêtre temporelle Fj correspond aux n échantillons 20 consécutifs Ei-n+j+1 Ei, i+j - pour chaque fenêtre Fj, j variant de 1 à n, compter à l'intérieur de la fenêtre le nombre Rj d'échantillons où la décision provisoire est Respiration, et associer ce nombre à chaque échantillon contenu dans la fenêtre Fj, 25 notamment à l'échantillon Ei, - additionner les valeurs Rj pour j = 1 à n, qui ont été associées à l'échantillon Ei respectivement pour les fenêtres temporelles Fj, j variant de 1 à /j_n n, afin d'obtenir une valeur RT = n- puis comparer la valeur RT à n/2 et conclure alors que l'échantillon Ei appartient à une phase de respiration si RT > n/2 , et sinon conclure qu'il appartient à une phase d'apnée.

3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (76) de lissage des phases d'incertitude ayant une durée non négligeable par rapport à la durée typique d'une phase de respiration ou d'une phase d'apnée, caractérisé en ce que, pour lisser une phase d'incertitude donnée, il consiste à : - tester une première hypothèse selon laquelle c'est une phase de respiration en vérifiant les conditions suivantes, cette hypothèse étant vérifiée seulement si toutes les conditions suivantes sont remplies : • Vj,k, Energie(a1)<_ Energie (rk) • I Energie(r1+2) - Energie(ri_2) I < E2 • I Energie(r1+1) - Energie(r1_1) I < El ^ I Energie(r1) - Energie(r1+2) I < E2 • I Energie(r1) - Energie(ri_2) I < E2 où aj est une phase d'apnée, rk une phase de respiration, où El, E2 sont deux valeurs fixées, et où r1 est la phase d'incertitude, r;+1 et r1+2 sont les deux phases de respiration qui la suivent immédiatement, r1_1 et r1_2 sont les deux phases de respiration qui la précèdent immédiatement - et si la première hypothèse n'est pas vérifiée, tester une seconde 25 hypothèse selon laquelle c'est une phase d'apnée, en vérifiant les conditions suivantes, cette hypothèse étant vérifiée seulement si toutes les conditions suivantes sont remplies : • dj,k, Energie(aj)<_ Energie (rk) 'vj, I Energie(ai) - Energie(ai) I < Eo 30 • I Energie(r1_2) - Energie(r1) I < E2 • I Energie(r1_l) -Energie(r1+1) 1 < Eloù ai est une phase d'apnée, a; est une phase d'apnée, rk une phase de respiration, où ri est ta phase d'incertitude, r;+1 est la phase de respiration qui la suivent immédiatement, ri_1 et ri-2 sont les deux phases de respiration qui ta précèdent immédiatement, et où 0, ,, E2 sont trois valeurs fixées.

4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour valider une hypothèse, il consiste en outre à mesurer la durée de la phase d'incertitude et la comparer à une valeur typique correspondant à ladite hypothèse.

5 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour valider une hypothèse, il consiste en outre à mesurer la durée de la phase d'incertitude 15 et la comparer à la valeur moyenne des durées d'autres phases du même type que celui définit par ladite hypothèse.

6) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour discriminer Inspiration/ Expiration dans une phase de respiration, il consiste en 20 outre à : - calculer l'énergie globale des échantillons des phases de respiration paires, depuis le début du signal, - calculer l'énergie globale des échantillons des phases de respiration impaires, depuis le début du signal, 25 - comparer ces deux énergies globales et en déduire que tes phases de respiration paires sont des phases d'inspiration si l'énergie globale des échantillons des phases de respiration paires est supérieure à l'énergie globale des échantillons des phases de respiration impaires, et réciproquement.

7) Procédé selon ta revendication 1, caractérisé en ce que pour discriminer Inspiration/ Expiration dans une phase de respiration, il consiste en outre à : - calculer la moyenne des durées des phases de respiration paires, - calculer la moyenne des durées des phases de respiration impaires, - comparer ces deux moyennes et en déduire que les phases de respiration paires sont des phases d'expiration si la moyenne des durées des phases de respiration paires est supérieure à la moyenne des durées des phases de respiration impaires, et réciproquement.

8) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le filtrage (71) élimine les fréquences inférieures à 500Hz.

9) Dispositif programmable comportant des moyens de stockage sur 15 lesquels est enregistré un programme, ce programme comportant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées, réalisent les étapes du précédé selon l'une des revendications 1 à 8 .

10) Dispositif de détection des cycles respiratoires dans un signal 20 stéthoscopique, caractérisé en ce que pour discriminer une phase de respiration, par rapport à une phase d'apnée, il comporte : - des moyens pour échantillonner et filtrer (71) le signal stéthoscopique pour éliminer des fréquences basses du signal stéthoscopique, - des moyens pour calculer (72) l'énergie Eh pour chaque échantillon du 25 signal filtré, - des moyens pour calculer (73) l'énergie moyenne Eh_moy du signal filtré, pour chaque échantillon du signal stéthoscopique, - des moyens pour prendre une décision (74), Respiration ou Apnée, en 30 fonction de la valeur de la différence Eh - Eh_moy , pour chaque échantillon du signal stéthoscopique.10