FR2965469A1

FR2965469A1 - Procede et dispositif pour l’evaluation et l’analyse automatiques d’un capnogramme et programme d’ordinateur pour l’implementation du procede, ainsi que produit programme d’ordinateur avec un tel programme d’ordinateur

Info

Publication number: FR2965469A1
Application number: FR1158605A
Authority: FR
Inventors: Hans-Joachim Kohl
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-04-06
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: DE102010047546A1; US8858457B2; DE102010047546B4; US20120083707A1; FR2965469B1

Abstract

Procédé, implémenté par exemple sous forme de logiciel, et un dispositif travaillant selon ce procédé, pour une évaluation et une analyse automatiques d'un capnogramme, suivant lequel, pour le gaz respiré par un sujet sont enregistrées des valeurs de mesure pour un volume expiré et des valeurs de mesure pour une concentration du dioxyde de carbone, est effectué une approximation automatique d'au moins une partie de la courbe des valeurs de mesure de la concentration en fonction des valeurs de mesure du volume, en utilisant pour l'approximation trois droites (38, 40, 42) adjacentes entre elles, sachant qu'au moyen de la troisième droite est effectuée la détermination des surfaces selon Fowler pour déterminer l'espace mort sériel Vds.

Description

La présente invention concerne un procédé pour l'évaluation et/ou l'analyse automatiques d'un capnogramme, en particulier un capnogramme volumétrique, ainsi qu'un dispositif correspondant, qui est prévu et adapté pour la mise en oeuvre automatique du procédé. En ce qui concerne le dispositif, il convient de considérer tout appareil dans lequel le contrôle de la respiration ou de la fonction pulmonaire d'un sujet participant à un examen clinique ou d'un patient joue un rôle, à savoir, par exemple, un appareil d'anesthésie ou un appareil de ventilation. Tandis qu'un appareil de ventilation contribue au moins partiellement ou par intermittence à la respiration d'un sujet participant à un examen clinique ou d'un patient, dénommés globalement ci-après un sujet, d'autres appareils, tels que les captomètres, qui ne remplissent pas une telle fonction active, sont prévus pour l'essentiel à des fins d'analyse, par exemple pour des méthodes non invasives destinées à contribuer à un diagnostic de variations en particulier pathologiques du poumon ou destinées à observer les progrès thérapeutiques dans un traitement pulmonaire, etc. Ici et ci-après, tous les appareils du type mentionné ci-dessus sont regroupés sous le terme dispositif ou appareil. En ce qui concerne le procédé, il faut tenir compte d'une implémentation sous forme de logiciel, de telle sorte que l'invention concerne également un programme d'ordinateur correspondant et un produit programme d'ordinateur avec un tel programme d'ordinateur. Dans les appareils de ventilation connus, la représentation d'un capnogramme volumétrique est usuelle pour permettre au personnel de service d'évaluer le processus respiratoire au moyen d'un tel appareil utilisé dans la médecine intensive, par exemple.

Un tel capnogramme volumétrique est représenté à titre d'exemple sur la figure 1. Pour obtenir un tel capnogramme volumétrique, on enregistre, pour le gaz respiré par un sujet, des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré et des valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone - dénommée brièvement concentration du CO2. Comme grandeur pour un volume expiré, on considère, par exemple, un débit d'air mesuré par un capteur de débit. Comme grandeur pour une concentration du CO2, on considère par exemple la concentration réelle du CO2 (FCO2) lui-même ou une pression partielle du CO2 (PCO2). Pour mesurer la concentration du CO2, on utilise un capteur de CO2. Les valeurs de mesure sont enregistrées généralement à des instants prédéfinis ou prédéfinissables, normalement équidistants, de manière à obtenir une pluralité de paires de valeurs. Respectivement deux valeurs de mesure, enregistrées au même, ou du moins au sensiblement même, instant forment une paire de valeurs. Les valeurs de mesure enregistrées sont dans chaque cas des valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone, dénommées ci-après brièvement valeurs de mesure de la concentration, et des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré, dénommées en conséquence ci-après brièvement valeurs de mesure du volume. Chaque paire de valeurs contient, en conséquence, une valeur de mesure de la concentration et une valeur de mesure du volume. Sur une représentation graphique dans un système de coordonnées cartésiennes, des valeurs de mesure enregistrées pendant une phase expiratoire, à savoir une représentation des valeurs de mesure de la concentration tracée en fonction des valeurs de mesure du volume respectivement correspondantes, on obtient un tracé linéaire et la totalité des valeurs de mesure ainsi représentées forme le capnogramme volumétrique. En l'occurrence, les valeurs de mesure du volume sont reportées en abscisses et les valeurs de mesure de la concentration sont reportées en ordonnées.

Le capnogramme volumétrique contient, de manière visible, trois parties, qui dans la bibliographie spécialisée sont dénommées en partant de la gauche phase 1, phase 2 et phase 3 et sont désignées par P1, P2 et P3 sur la figure 1. Au début de l'expiration, le gaz de respiration (gaz), sortant des voies respiratoires et n'ayant pas participé à l'échange gazeux avec le sang, parvient dans le capteur respectif, par exemple un capteur de CO2. De manière correspondante, il contient seulement une faible proportion de CO2, voire aucune (phase 1). Uniquement lorsque le gaz sortant des alvéoles pulmonaires atteint le capteur de CO2, la concentration du CO2 mesurable augmente nettement (phase 2). À la fin de la phase ascendante la concentration du CO2 atteint un plateau, sachant qu'à l'intérieur du plateau, la concentration du CO2 continue normalement à augmenter faiblement (phase 3). Lors de l'évaluation du capnogramme, deux grandeurs caractéristiques ont une importance particulière : d'une part, le volume à partir duquel la concentration du CO2 augmente et, d'autre part, la variation de la concentration du CO2 dans la zone du plateau.

Le volume à partir duquel la concentration du CO2 augmente décrit la quantité de gaz expiré, qui n'a pas atteint les alvéoles et n'a donc pas pu participer à l'échange gazeux avec le sang. Cette quantité de gaz englobe au moins le gaz contenu dans la bouche, la gorge et les voies respiratoires supérieures du sujet. Dans cette zone du volume de respiration, il ne se produit pas d'échange gazeux par l'intermédiaire des alvéoles. La concentration du CO2 correspond, par conséquent, sensiblement à la concentration du CO2 dans l'air inspiré précédemment. Ce volume est dénommé l'espace mort sériel ou est également dénommé espace mort anatomique après la déduction du volume de gaz des appareils de mesure. Dans la bibliographie spécialisée, ce volume est désigné par le symbole Vds. L'espace mort ou une variation de l'espace mort pendant une thérapie ou pendant une observation plus longue d'un sujet, peut être considéré comme point de repère pour des variations du poumon ou des voies respiratoires.

La variation de la concentration du CO2 dans la zone du plateau est très généralement une grandeur pour la qualité de l'échange gazeux dans le poumon. Le procédé de Fowler (Fowler W.S., Lung function studies II : The respiratory dead space, Am. J. Physiol., volume 154 : (1948), pages 405-416) s'est imposé pour la détermination de ces deux valeurs caractéristiques, et est fréquemment utilisé. La courbe des valeurs de mesure sur la figure 1 est également dénommée courbe FCO2 dans les explications suivantes, car la courbe des valeurs de mesure représente la concentration du dioxyde de carbone (Fco2) pendant la phase expiratoire, c'est-à-dire en fonction des valeurs de mesure du volume. Le procédé de Fowler commence par le fait qu'une droite est tracée « à main levée » à travers le plateau de la courbe FCO2 dans la phase 3. Ensuite, une ligne verticale est positionnée dans le tracé de la courbe FCO2 dans la phase 2. La position de la ligne verticale est choisie, en l'occurrence, de telle sorte qu'une surface à gauche de la ligne verticale et une surface à droite de la ligne verticale sont identiques ou du moins à peu près identiques. La surface observée alors à droite de la ligne verticale est délimitée, sur un côté, par la ligne elle-même, puis par la courbe FCO2 et enfin par la droite tracée préalablement à travers le plateau. La surface à gauche de la ligne verticale est également délimitée par la ligne elle-même et par la courbe FCO2, ainsi que par l'axe des abscisses du système de coordonnées (ligne d'origine FCO2). La figure 2 illustre cet état des faits. Les deux surfaces à gauche et à droite de la ligne verticale sont désignées par Al et A2 sur la figure. Une telle évaluation a été effectuée jusqu'à présent par le personnel médical, formé en ce sens, à l'appui d'une observation du capnogramme, la position de la ligne verticale ayant été évaluée pour l'essentiel sur le plan de l'égalité des surfaces délimitées à droite et à gauche. Une détermination réelle des contenus des deux surfaces adjacentes à droite et à gauche et donc un positionnement exact de la ligne verticale pour la détermination de l'espace mort sériel ont été effectués pour l'essentiel pour les publications scientifiques et similaires.

Une évaluation automatique d'un capnogramme volumétrique, dénommé courbe volume-débit expiré (exspirogramme) dans ledit procédé, est connue à partir du document DE 10 2004 039 194 A. Pour éviter toute répétition inutile, il est fait référence ici à ce document, par exemple pour les explications des différents termes spécialisés, tels que « espace mort » ou en général pour l'explication des bases physiologiques portant sur l'échange gazeux dans le poumon. L'approche, suivie dans le document DE 10 2004 039 194 A, utilise un type de fonction déterminé, qui se rapproche d'un capnogramme idéal. Une telle approche n'est pas suffisamment flexible pour pouvoir identifier sans interaction humaine les capnogrammes qui s'en écartent nettement et qui sont donc inutilisables. Le but de l'invention est de proposer un procédé suffisamment flexible pour une évaluation automatique d'un capnogramme volumétrique, lequel procédé non seulement détermine la droite passant par la phase 3, qui doit être indiquée pour l'algorithme de Fowler, mais est aussi apte à identifier les capnogrammes inutilisables. Cet objectif est résolu selon l'invention par un procédé pour l'évaluation et l'analyse automatiques d'un capnogramme, des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré et des valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone étant enregistrées pour le gaz respiré par un sujet, les valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone - valeurs de mesure de la concentration - en fonction des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré - valeurs de mesure du volume - formant une base pour une analyse automatique des valeurs de mesure enregistrées, une approximation automatique d'au moins une partie de la courbe des valeurs de mesure de la concentration tracée en fonction des valeurs de mesure du volume étant effectuée, caractérisé en ce que trois droites adjacentes entre elles sont utilisées pour l'approximation, la détermination des surfaces selon Fowler pour la détermination de l'espace mort sériel Vds étant effectuée au moyen de la troisième droite. A cet effet, dans un procédé pour l'évaluation et l'analyse automatiques d'un capnogramme, par exemple dans un procédé pour le fonctionnement d'un appareil de ventilation ou, en général, dans un procédé pour le fonctionnement d'un appareil destiné à l'analyse de la respiration et/ou de la fonction pulmonaire, sont prévues les étapes suivantes : Pour le gaz de respiration d'un sujet sont enregistrées des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré et des valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone. Les valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone et les valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré sont dénommées ici et ci-après brièvement valeurs de mesure de la concentration et valeurs de mesure du volume. Une courbe des valeurs de mesure de la concentration tracée en fonction des valeurs de mesure du volume forme une base pour une analyse automatique des valeurs de mesure enregistrées avec les étapes suivantes : Au moyen de trois parties linéaires, il est effectué une approximation automatique de la courbe des valeurs de mesure de la concentration tracée en fonction des valeurs de mesure du volume. Pour l'approximation automatique d'au moins une partie de la courbe des valeurs de mesure de la concentration tracée en fonction des valeurs de mesure du volume est utilisé un algorithme d'optimisation numérique, implémenté dans l'ordinateur, tel que l'algorithme de Levenberg-Marquardt, lequel est de manière connue un algorithme d'optimisation numérique destiné à résoudre les problèmes d'ajustement non linéaire à l'appui de la méthode des moindres carrés. La méthode des moindres carrés est connue en soi comme un procédé mathématique standard pour le calcul de l'ajustement et est utilisée dans l'algorithme de Levenberg-Marquardt pour évaluer la progression de l'optimisation. En général, en fonction d'une quantité de points prédéfinie par des valeurs de mesure est recherchée une courbe qui passe aussi près que possible des points de la quantité de points. Dans la problématique considérée ici, les points contenus dans la quantité de points prédéfinie par les valeurs de mesure sont les différents points du capnogramme, et l'approximation est effectuée de manière à déterminer six paramètres, formés par une valeur initiale de la concentration F0, une première et une deuxième paire de valeurs (V1, F1), (V2, F2) et une valeur finale de la concentration F3. Conjointement avec les valeurs initiales et finales fixes du volume VO et V3, ces paramètres définissent trois droites adjacentes, à l'appui desquelles le capnogramme est approximé, la première paire de valeurs définissant le point final de la première partie et le point de départ de la deuxième partie, et la deuxième paire de valeurs définissant le point final de la deuxième partie et le point de départ de la troisième partie. À l'appui des paramètres déterminés, une grandeur pour l'espace mort sériel du poumon du sujet est déterminée, conformément à la méthode de Fowler, en tant qu'analyse automatique des valeurs de mesure enregistrées. L'objectif susmentionné est également résolu par un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Un tel dispositif se caractérise par les caractéristiques de la revendication indépendante portant sur le dispositif. Le dispositif considéré est un appareil de ventilation ou tout autre appareil qui favorise la respiration ou est destiné à l'analyse de la respiration ou similaire, notamment un capnomètre. Le dispositif peut aussi être formé comme une unité fonctionnelle séparée d'un appareil avec des fonctions supplémentaires. Un appareil de ventilation peut ici aussi être pris en considération comme appareil de ce type contenant le dispositif sous la forme d'une unité fonctionnelle. L'avantage de l'invention réside dans le fait que l'approche, sur laquelle se fonde l'invention, permet une implémentation simple du procédé décrit ci-dessus et, le cas échéant, aussi de ses modes de réalisation expliqués ci-après. Il en est de même pour la réalisation d'un dispositif ou d'un appareil qui exécute le procédé, travaille selon le procédé ou est prévu pour la mise en oeuvre du procédé. D'autres caractéristiques sont définies ci-après : - une grandeur pour la qualité d'un échange gazeux dans le poumon du sujet est déterminée à l'appui de la pente ascendante de la troisième droite. - une évaluation de l'utilité des valeurs de mesure enregistrées est effectuée automatiquement à l'appui des paramètres déterminés. - un dépassement de la limite inférieure d'une valeur seuil prédéfinie ou prédéfinissable pour une différence de la valeur de mesure du volume final et de la valeur de mesure du volume appartenant à la deuxième paire de valeurs, peut être évalué automatiquement comme un manque d'utilité des valeurs de mesure. - la troisième droite est à nouveau déterminée en utilisant le premier point d'intersection gauche des droites avec la courbe en tant que nouvelle valeur de volume initial gauche pour un nouvel ajustement de la troisième droite. - l'approximation est effectuée par un algorithme d'optimisation implémenté dans l'ordinateur, en particulier l'algorithme de Levenberg-Marquardt. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.

L'invention est caractérisée par un dispositif comportant un premier capteur pour enregistrer des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré par un sujet, et un deuxième capteur pour enregistrer des valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone dans le volume expiré, ou comportant une liaison pour communiquer avec de tels capteurs, comportant une mémoire et une unité de traitement, sachant que des valeurs de mesure enregistrées par les capteurs en cours de service du dispositif peuvent être stockées dans un espace de mémoire de données formé dans la mémoire, et comportant un espace de mémoire du programme, qui est également formé dans la mémoire et dans lequel est stocké un programme de commande contenant des instructions codées du programme pour l'implémentation du procédé. L'invention concerne enfin un programme de commande et un support de mémoire pour l'implémentation du procédé selon l'invention, lorsque le programme de commande est exécuté sur un ordinateur, en particulier par l'intermédiaire d'une unité de traitement d'un dispositif tel que défini précédemment. La grandeur pour l'espace mort sériel du poumon du sujet peut être évaluée automatiquement, de manière particulièrement simple, à l'appui d'un écart entre les valeurs de mesure du volume appartenant à la première et à la deuxième paire de valeurs, par exemple en supposant que le milieu des deux valeurs de mesure du volume est la grandeur pour l'espace mort sériel. Si les valeurs de mesure du volume de la première et de la deuxième paire de valeurs sont désignées respectivement par les symboles V1 et V2, on obtient comme grandeur pour l'espace mort sériel - symbole Vds - une valeur numérique, selon

Vds = V1 + (V2-V1 )/2 = (V2+V1)/2.

La grandeur déterminée automatiquement pour l'espace mort sériel du poumon du sujet peut être corrigée automatiquement de manière itérative selon Fowler. Pour ce faire, la valeur déterminée en premier lieu pour l'espace mort sériel et ensuite la valeur nouvellement déterminée progressivement pour l'espace mort sériel sont décalées vers la droite ou vers la gauche dans le système de coordonnées, jusqu'à ce qu'une première surface et une deuxième surface avant et après la valeur déterminée coïncident. La première et la deuxième surface, considérées en l'occurrence, avant et après la valeur déterminée sont les surfaces considérées dans le procédé de Fowler et, en ce sens, il est fait référence à la représentation sur la figure 2. La correction itérative commence avec une valeur située, par exemple, au milieu entre les deux valeurs de mesure du volume appartenant à la première et à la deuxième paire de valeurs, laquelle valeur est considérée comme une grandeur initiale pour l'espace mort sériel. Pour cette valeur sont déterminés les contenus des deux surfaces Al et A2. Ensuite, on progresse point par point vers la surface plus grande et les contenus de la surface sont à nouveau déterminés. En l'occurrence, la surface plus petite est agrandie et la surface plus grande est diminuée. Lorsque le point de mesure, au niveau duquel la plus petite surface devient plus grande, est atteint, le procédé s'arrête. Ensuite, par une interpolation, la surface peut être répartie de manière appropriée sur Al et A2 entre ce point de mesure et le point de mesure précédent, de manière à obtenir une égalité. Le volume ainsi déterminé est la valeur Vds cherchée. À l'appui de la deuxième paire de valeurs et d'une autre dernière paire de valeurs, avec une valeur de mesure du volume final et une valeur de mesure de la concentration correspondante, il est possible de déterminer une grandeur pour la qualité d'un échange gazeux dans le poumon du sujet. Il est connu que l'augmentation des valeurs de mesure de la concentration dans la zone du plateau dans la phase 3 du capnogramme est une grandeur pour la qualité d'un échange gazeux dans le poumon. Avec la deuxième paire de valeurs et avec la dernière paire de valeurs et les valeurs de mesure du volume et les valeurs de mesure de la concentration, contenues dans lesdites paires et désignées ici et ci-après par les symboles V2 et F2 ou V3 et F3, l'augmentation des valeurs de mesure de la concentration dans la zone du plateau de la phase 3 peut être exprimée comme suit :

dFCO2/dV = (F3-F2)/(V3-V2). À l'appui de la première et de la deuxième paire de valeurs et de la dernière paire de valeurs, une évaluation de la qualité de l'approximation et/ou une évaluation de l'utilité des valeurs de mesure enregistrées peuvent être effectuées automatiquement. À titre d'exemple, un dépassement de la limite inférieure d'une valeur seuil prédéfinie ou prédéfinissable pour une différence de la valeur de mesure du volume final V3 et de la valeur de mesure du volume V2 appartenant à la deuxième paire de valeurs, peut être évalué automatiquement comme un manque d'utilité des valeurs de mesure. Comme dans l'exemple précédent, une telle évaluation peut se rapporter uniquement à la deuxième et à la dernière paire de valeurs. Par ailleurs, l'évaluation peut se rapporter aussi à la première et à la deuxième paire de valeurs ou à la deuxième paire de valeurs et à la dernière paire de valeurs, en effectuant, par exemple, une comparaison des pentes ascendantes des droites qui s'étendent entre ces valeurs, c'est-à-dire les droites dans la phase 2 et la phase 3 du capnogramme. Pour une telle comparaison, des relations admissibles sont définies et sont rendues accessibles de manière appropriée, c'est-à-dire stockées dans une mémoire, et l'évaluation automatique pour le manque de qualité de l'approximation ou le manque d'utilité des valeurs de mesure peut dépendre du fait si oui ou non les valeurs sortent de la zone ainsi définie des relations admissibles. D'autres critères peuvent être dérivés d'une comparaison entre une longueur de la phase 3 et les valeurs pour V3 ou Vds, par exemple, etc. Un exemple de réalisation de l'invention est expliqué ci-après de manière plus détaillée à l'appui du dessin. Des objets ou éléments correspondant entre eux sont désignés sur toutes les figures par les mêmes références.

L'exemple de réalisation ne doit pas être compris comme une limitation de l'invention. Bien au contraire, dans le cadre de la présente publication, il est possible d'apporter des modifications qui, par exemple, par la combinaison ou la conjugaison des différentes caractéristiques ou étapes du processus en association avec les caractéristiques ou étapes du procédé, décrites dans la partie générale ou la partie spécifique de la description, ainsi que contenues dans les revendications et/ou le dessin, découlent pour l'homme du métier dans le sens de la solution du problème technique de l'invention et qui par des caractéristiques combinables peuvent conduire à un nouvel objet ou à de nouvelles étapes ou suites d'étapes du procédé. Parmi les figures : la figure 1 représente un capnogramme volumétrique, à savoir ici une courbe des valeurs de mesure qui reproduisent une concentration du CO2 dans l'air expiré, tracée en fonction des valeurs de mesure pour le volume de gaz expiré ; la figure 2 représente le capnogramme selon la figure 1 avec deux droites ajustées dans celui-ci pour l'évaluation du capnogramme selon la méthode de Fowler ; la figure 3 est une représentation schématique simplifiée d'un dispositif pour l'évaluation et l'analyse automatiques d'un capnogramme ; la figure 4 est un organigramme simplifié d'un programme de commande, sous le contrôle duquel s'effectuent l'évaluation et l'analyse automatiques d'un capnogramme ; la figure 5 est une représentation simplifiée d'un résultat d'une évaluation et analyse automatiques d'un capnogramme ; la figure 6 est une représentation simplifiée d'une correction automatique du résultat après une première étape d'évaluation et d'analyse, telle qu'elle est représentée sur la figure 5. Comme il a déjà été évoqué, la figure 1 représente une courbe de valeurs de mesure, qui représentent une concentration du CO2 dans l'air expiré, en fonction des valeurs de mesure pour le volume de gaz expiré. La représentation des valeurs de mesure, telle qu'elle est reproduite sur la figure 1, est dénommée capnogramme volumétrique. Les valeurs de mesure pour la concentration du CO2 - valeurs de mesure de la concentration (représentées, par exemple, par les symboles Fk, Fk+I, Fk+2, ... Fk+n, dans lesquels k à k+n sont des instants d'exploration pour l'enregistrement des valeurs de mesure) - sont reportées pour FCO2 le long de l'axe des ordonnées dans le système de coordonnées cartésiennes représenté. Les valeurs de mesure pour le volume de gaz expiré - valeurs de mesure du volume (par exemple, de manière analogue aux valeurs de mesure de la concentration ci-dessus, représentées par les symboles Vk, Vk+1, Vk+2, ... Vk+n) - sont reportées pour V le long de l'axe des abscisses. Le tracé des valeurs de mesure est dénommé courbe FCO2 et trois parties ou phases P1 , P2, P3 sont visibles sur cette courbe. Les grandeurs caractéristiques de la courbe FCO2 sont une grandeur symbolisée par Vds pour l'espace mort sériel, à peu près au milieu de la deuxième phase P2, et une pente ascendante dFCO2/dV dans la troisième phase P3. Comme il a aussi déjà été évoqué, la figure 2 représente l'approche pour déterminer les grandeurs caractéristiques susmentionnées avec le procédé de Fowler (op. cit.). Pour ce faire, une première droite dans la zone de la troisième phase P3 est ajustée à la courbe FCO2 et, ensuite, une ligne verticale est tracée dans la zone de la deuxième phase P2 de telle sorte que les contenus des surfaces Al, A2, délimitées à droite et à gauche de la ligne verticale et de la courbe FCO2 sont identiques ou du moins sensiblement identiques. La figure 3 représente schématiquement et sous forme simplifiée un dispositif 10 pour la détermination automatique d'au moins une des deux grandeurs caractéristiques susmentionnées. Le dispositif 10 considéré peut être un appareil de ventilation ou un appareil du type décrit en introduction. De même, un tel appareil ou un appareil de ventilation peut être équipé du dispositif 10 sous la forme d'une unité fonctionnelle. Dans ce dernier cas, le dispositif 10 pris en compte possède une structure modulaire, de telle sorte que le dispositif peut être combiné avec des appareils existants pour étendre leurs fonctionnalités. L'air expiré par un sujet 14 afflue dans une unité tubulaire 12, qui est contenue dans le dispositif 10 ou dans un appareil contenant le dispositif 10. Si le dispositif 10 est utilisé dans un appareil de ventilation, le sujet 14 reçoit, en fonction du mode de réalisation de l'appareil de ventilation, via l'unité tubulaire 12 un gaz de respiration enrichi en particulier d'oxygène. Le gaz expiré par le sujet 14 parvient en tout cas vers un premier capteur pour l'enregistrement des valeurs de mesure du volume, tel qu'un capteur de débit ou capteur de flux 16, qui mesure le débit volumétrique (flow), et vers un deuxième capteur pour l'enregistrement des valeurs de mesure de la concentration, tel qu'un capteur de CO2 18, qui mesure la concentration du CO2 ou la pression partielle du CO2. L'ordre de succession des capteurs 16, 18 est quelconque et les valeurs de mesure de la concentration peuvent tout aussi bien être enregistrées dans l'unité tubulaire 12 avant les valeurs de mesure du volume ou à peu près au même emplacement dans l'unité tubulaire 12. Les deux capteurs 16, 18 transmettent respectivement les valeurs de mesure enregistrées à une unité d'analyse 20 du dispositif 10. Les capteurs 16, 18 peuvent faire partie intégrante du dispositif 10 ou partie intégrante d'un appareil contenant le dispositif 10. Dans ce dernier cas, le dispositif comporte des moyens, à savoir une interface, pour recevoir les valeurs de mesure des capteurs 16, 18. Le dispositif 10 est équipé d'au moins une mémoire 22 et d'une unité de traitement 24 du type microprocesseur ou similaire. Les valeurs de mesure transmises par les capteurs 16, 18 sont stockées dans un espace de mémoire de données 26 de la mémoire 22. La fonction de l'unité d'analyse 20 est définie par un programme d'ordinateur, dénommé ici programme de commande 30, stocké dans un espace de mémoire du programme 28 de la mémoire 22. La réception et le stockage des valeurs de mesure du volume et des valeurs de mesure de la concentration, délivrées par les capteurs 16, 18, s'effectuent dans l'espace de mémoire de données 26, sous le contrôle du programme de commande 30. En outre, une évaluation et une analyse des valeurs de mesure ainsi stockées en mémoire s'effectuent également sous le contrôle du programme de commande 30. Au moins une grandeur de l'espace mort sériel du poumon du sujet 14 est affichée en tant que résultat de l'évaluation et de l'analyse sur une unité d'affichage, tel qu'un afficheur optique sous la forme d'un écran 32. En alternative ou en supplément est également représentée une grandeur de la qualité de l'échange gazeux dans le poumon du sujet 14. Les valeurs représentées ou éventuellement représentées dans ce cas sont les valeurs déterminées pour Vds et dFCO2/dV. L'unité d'affichage peut être une partie intégrante du dispositif 10 ou de l'appareil contenant ce dernier ou être montée à l'extérieur du dispositif ou de l'appareil et être reliée à celui-ci pour communiquer avec celui-ci.

La figure 4 représente graphiquement les différents aspects du programme de commande 30 (figure 3) à l'appui d'un organigramme. Le programme de commande 30 comporte un premier bloc 34 pour les codes du programme avec au moins une instruction codée du programme pour l'enregistrement des valeurs de mesure, à savoir les valeurs de mesure de la concentration et les valeurs de mesure du volume, dont la représentation graphique a déjà été illustrée sur les figures 1 et 2. Le premier bloc 34 des codes du programme comporte des instructions codées du programme, pour détecter le début et la fin d'une phase expiratoire du sujet 14 (figure 3), de telle sorte qu'une suite de valeurs de mesure enregistrées peut être associée exactement à une phase expiratoire. Le début et la fin d'une phase expiratoire peuvent être détectées, par exemple, à un changement de signe des valeurs de mesure du volume, car une phase expiratoire fait suite à une phase inspiratoire et une autre phase inspiratoire fait suite à une phase expiratoire.

Les possibilités pour détecter le début et la fin d'une phase expiratoire sont connues en soi. Le fait de mentionner ici le changement de signe des valeurs de mesure du volume est donc uniquement évoqué à titre d'exemple. Le premier bloc des codes du programme est exécuté jusqu'à ce que toutes les valeurs de mesure appartenant à une phase expiratoire sont enregistrées et sont stockées dans l'espace de mémoire de données 26 de la mémoire 22 de l'unité d'analyse 20. Ensuite se déroule l'analyse des valeurs de mesure enregistrées. À cet effet, il est prévu un deuxième bloc 36 pour les codes du programme. Celui-ci contient, par exemple, un algorithme de Levenberg-Marquardt connu en soi, implémenté dans l'ordinateur. L'algorithme est prévu pour calculer trois droites qui décrivent aussi précisément que possible le tracé des valeurs de mesure de la concentration enregistrées en fonction des valeurs de mesure du volume enregistrées, c'est-à-dire, par exemple, la courbe FCO2. À partir de la méthode selon Fowler, il serait possible de calculer d'abord une droite qui décrit aussi précisément que possible le tracé du plateau dans la troisième phase P3 du capnogramme ou de la courbe FCO2. Pour ce faire, il faut déterminer des valeurs de mesure du volume qui décrivent le début et la fin d'une telle droite. La valeur de mesure du volume (volume final) appartenant au point final de la droite est fixée avec la dernière valeur enregistrée en relation avec la phase expiratoire. Une valeur de mesure du volume (volume initial) à prendre en compte pour un point de départ de la droite se situe cependant pour ainsi dire au milieu dans le diagramme et n'est définie en aucune manière dans un premier temps. Pour une approximation automatique d'au moins une partie du tracé des valeurs de mesure de la concentration en fonction des valeurs de mesure du volume, il est donc prévu de déterminer trois droites adjacentes entre elles, qui décrivent aussi précisément que possible le tracé des valeurs de mesure. Ci-après, en alternative de la formulation d'une description aussi précise que possible des valeurs de mesure ou de la courbe FCO2 ou d'une partie de celle-ci par une ou plusieurs droites, on utilise aussi la formulation qu'une ou plusieurs droites sont ajustées aux valeurs de mesure ou à la courbe FCO2. Lorsque l'expression courbe FCO2 est utilisée ici et ci-après, cela sous-entend chaque quantité de valeurs de mesure qui renvoie à une grandeur pour la concentration du dioxyde de carbone, donc, par exemple, aussi une courbe qui ne renvoie pas directement à une concentration mesurée du dioxyde de carbone, mais à des valeurs de mesure pour une pression partielle du dioxyde de carbone. Il est connu, en général, qu'une droite dans le système de coordonnées cartésiennes s'exprime par une équation linéaire, dont la forme générale s'énonce comme suit : y=m+nx

dans laquelle n désigne la pente ascendante de la droite et m désigne la partie de la droite sur l'axe des y, c'est-à-dire le point auquel la droite coupe l'axe des ordonnées du système de coordonnées. Une droite avec l'équation linéaire indiquée ci-dessus est définie par tous les points x, y. Dans la présente situation, trois droites, adjacentes entre elles, mais séparées en soi, doivent être ajustées à la courbe FCO2, de manière à obtenir ainsi respectivement une zone de validité limitée. Chacune des droites cherchées doit seulement être définie pour la première, la deuxième ou la troisième phase P1, P2, P3 de la courbe FCO2. De manière correspondante, les valeurs VO et V1 sont définies comme valeur du volume initial et comme valeur du volume final de la première droite pour la première phase P1, les valeurs V1 et V2 sont définies comme valeur du volume initial et comme valeur du volume final de la deuxième droite pour la deuxième phase P2 et les valeurs V2 et V3 sont définies comme valeur du volume initial et comme valeur du volume final de la troisième droite pour la troisième phase P3. En l'occurrence, au moins les valeurs de volume V1 et V2 doivent être déterminées par une détermination automatique appropriée.

Les équations fonctionnelles associées des trois droites s'énoncent comme suit : - droite pour la première phase P1 (première droite) avec une zone de validité de V = VO..V1 : FCO2 = FO + (V-VO) * (F1-FO)/(V1-VO)

- droite pour la deuxième phase P2 (deuxième droite) avec une zone de validité de V = V1..V2 : FCO2 = F1 + (V-V1) * (F2-F1)/(V2-V1)

- droite pour la troisième phase P3 (troisième droite) avec une zone de validité de V = V2..V3 : FCO2 = F2 + (V-V2) * (F3-F2)/(V3-V2)

Les paramètres F0, F1, F2, F3, ainsi que V1 et V2 des trois équations linéaires doivent être déterminés de manière à obtenir une approximation aussi bonne que possible des trois droites à la courbe FCO2 conformément aux valeurs de mesure enregistrées. À cet effet, il convient d'appliquer un algorithme d'optimisation du type algorithme de Levenberg-Marquardt (Marquardt, D.W.: Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics ; volume 11 (1963) ; pages 431-441). L'algorithme d'optimisation respectif permet de réaliser successivement une correction des valeurs respectivement trouvées pour les paramètres à déterminer, ici F0, F1, F2, F3, V1, V2, et une évaluation de la qualité des paramètres respectivement trouvés est effectuée à l'appui de la somme des carrés de la déviation entre les droites définies par les paramètres et le tracé des valeurs de mesure à approximer. L'objectif est une déviation minimum, donc une régression de la somme des carrés respectivement obtenue.

La figure 5 représente le résultat d'un ajustement de trois droites, à savoir une première droite 38 dans la première phase P1, une deuxième droite 40 dans la deuxième phase P2 et une troisième droite 42 dans la troisième phase P3, à la courbe FCO2 déjà représentée sur les figures 1 et 2. Les paramètres sont contrôlés pour détecter s'il existe entre eux des rapports significatifs, dans le cas contraire, l'évaluation du capnogramme est rejetée. La deuxième paire de valeurs 46 définit un point final de la deuxième droite et un point de départ de la troisième droite 42, c'est-à-dire de la troisième partie approximée. À l'appui de la première et de la deuxième paire de valeurs 44, 46 peut être déterminée selon Fowler une première valeur d'évaluation pour l'espace mort sériel du poumon du sujet 14, par exemple en tant que Vds _ (V2+V1)/2. Les surfaces Al et A2 correspondantes sont déterminées par une intégration numérique. Ensuite, Vds est modifié de telle sorte que Al est égal à A2. Pour cette évaluation des valeurs de mesure enregistrées, il est prévu, à la suite de leur analyse, un troisième bloc 50 pour les codes du programme (figure 4). À l'appui de la deuxième paire de valeurs 46 avec la valeur de mesure du volume V2 et la valeur de mesure de la concentration F2 et d'une autre dernière paire de valeurs 48 avec une valeur de mesure du volume final V3 et une valeur de mesure de la concentration F3 correspondante, il est possible de déterminer une grandeur pour la qualité d'un échange gazeux dans le poumon du sujet 14, par exemple en tant que dFCO2/dV = (F3-F2)/(V3-V2). Pour cette évaluation optionnelle, il est prévu un quatrième bloc 52 pour les codes du programme (figure 4).

La fonctionnalité du troisième bloc 50 des codes du programme et celle du quatrième bloc 52 des codes du programme peuvent aussi être regroupées. La figure 6 représente finalement une possibilité de correction de l'approximation de la troisième droite 42. Comme on voit sur la figure 5, la troisième droite 42 coupe le tracé des valeurs de mesure à proximité du point V2. Ce point d'intersection est symbolisé par Vx sur la figure 6. La troisième droite 42 peut maintenant être approximée à nouveau en ne tenant compte que des valeurs de mesure du volume et des valeurs de mesure de la concentration correspondantes au-dessus du point d'intersection Vx. Dans ce cas est supprimée l'influence du point de fléchissement, qui tire vers le bas, dans le tracé des valeurs de mesure en V2.

Comme fonctionnalité partielle du troisième et/ou quatrième bloc 50, 52 des codes du programme du programme de commande 30 (figure 4) ou sous la forme d'un bloc séparé des codes du programme (non représenté), le programme de commande 30 contient des instructions codées du programme pour commander l'unité d'affichage, c'est-à-dire, par exemple, l'écran 32, afin d'afficher les valeurs calculées pour Vds et/ou dFCO2/dV. La partie du programme de commande 30, représentée sur la figure 4 avec le premier, le deuxième, le troisième et le quatrième bloc 34, 36, 50, 52 des codes du programme, peut être exécutée une seule fois en continu ou avec un nombre prédéfini ou prédéfinissable de répétitions, sachant qu'un déroulement en continu ou un déroulement plusieurs fois répété peut être interrompu par un utilisateur. Cela est représenté par le bloc 54 de différenciation des cas, qui termine l'organigramme sur la représentation de la figure 4.

Différents aspects des explications ci-dessus peuvent être résumés brièvement de la manière suivante : il est proposé un procédé et un dispositif, travaillant selon ce procédé, pour une évaluation et une analyse automatiques d'un capnogramme, sachant que pour le gaz de respiration d'un sujet 14 sont enregistrées des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré et des valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone, les valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone - valeurs de mesure de la concentration - en fonction des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré - valeurs de mesure du volume - constituant une base pour une analyse automatique des valeurs de mesure enregistrées, sachant qu'une approximation automatique d'au moins une partie de la courbe des valeurs de mesure de la concentration tracée en fonction des valeurs de mesure du volume est effectuée au moyen de trois droites adjacentes entre elles, qui divisent la courbe des valeurs de mesure de la concentration tracée en fonction des valeurs de mesure du volume en une première, une deuxième et une troisième partie approximée, la troisième droite étant utilisée comme une droite de délimitation pour la détermination de l'espace mort sériel selon Fowler en prenant le milieu du volume de la deuxième droite comme première valeur d'évaluation pour Vds.

LISTE DES REFERENCES

10 dispositif 12 unité tubulaire 14 sujet 16 capteur 18 capteur 20 unité d'analyse 22 mémoire 24 unité de traitement 26 espace de mémoire de données 28 espace de mémoire du programme 30 programme de commande 32 écran 34 premier bloc des codes du programme 36 deuxième bloc des codes du programme 38 première droite 40 deuxième droite 42 troisième droite 44 première paire de valeurs 46 deuxième paire de valeurs 48 dernière paire de valeurs 50 troisième bloc des codes du programme 52 quatrième bloc des codes du programme 54 bloc de différenciation des cas

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour l'évaluation et l'analyse automatiques d'un capnogramme, des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré et des valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone étant enregistrées pour le gaz respiré par un sujet (14), les valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone - valeurs de mesure de la concentration - en fonction des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré - valeurs de mesure du volume - formant une base pour une analyse automatique des valeurs de mesure enregistrées, une approximation automatique d'au moins une partie de la courbe des valeurs de mesure de la concentration tracée en fonction des valeurs de mesure du volume étant effectuée, caractérisé en ce que trois droites adjacentes entre elles sont utilisées pour l'approximation, la détermination des surfaces selon Fowler pour la détermination de l'espace mort sériel Vds étant effectuée au moyen de la troisième droite.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une grandeur pour la qualité d'un échange gazeux dans le poumon du sujet est déterminée à l'appui de la pente ascendante de la troisième droite.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel une évaluation de l'utilité des valeurs de mesure enregistrées est effectuée automatiquement à l'appui des paramètres déterminés.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel un dépassement de la limite inférieure d'une valeur seuil prédéfinie ou prédéfinissable pour une différence de la valeur de mesure du volume final et de la valeur de mesure du volume appartenant à la deuxième paire de valeurs (46), peut être évalué automatiquement comme un manque d'utilité des valeurs de mesure.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la troisième droite est à nouveau déterminée en utilisant le premier point d'intersection gauche des droites avec la courbe en tant que nouvelle valeur de volume initial gauche pour un nouvel ajustement de la troisième droite.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'approximation est effectuée par un algorithme d'optimisationimplémenté dans l'ordinateur, en particulier l'algorithme de Levenberg-Marquardt.
7. Dispositif comportant des moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes.
8. Dispositif selon la revendication 7, comportant un premier capteur (16) pour enregistrer des valeurs de mesure pour une grandeur du volume expiré par un sujet (14), et un deuxième capteur (18) pour enregistrer des valeurs de mesure pour une grandeur de la concentration du dioxyde de carbone dans le volume expiré, ou comportant une liaison pour communiquer avec de tels capteurs (16, 18), comportant une mémoire (22) et une unité de traitement (24), sachant que des valeurs de mesure enregistrées par les capteurs (16, 18) en cours de service du dispositif peuvent être stockées dans un espace de mémoire de données (26) formé dans la mémoire (22), et comportant un espace de mémoire du programme (28), qui est également formé dans la mémoire (22) et dans lequel est stocké un programme de commande (30) contenant des instructions codées du programme pour l'implémentation du procédé selon l'une des revendications 1 à 6.
9. Programme de commande avec des instructions codées du programme pour l'implémentation du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, lorsque le programme de commande est exécuté sur un ordinateur, en particulier par l'intermédiaire d'une unité de traitement (24) d'un dispositif selon la revendication 8.
10. Support de mémoire avec un programme de commande selon la revendication 9, pouvant être exécuté par l'intermédiaire d'un ordinateur ou d'une unité de traitement (24) d'un dispositif selon la revendication 8.