FR2986971A1

FR2986971A1 - Systeme de ventilation

Info

Publication number: FR2986971A1
Application number: FR1351492A
Authority: FR
Inventors: Hans-Ullrich Hansmann; Marcus Eger; Peter Bach; Eykern Leenderd Van
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-08-23
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: US20130213399A1; CN103285478A; DE102012003509A1; DE102012003509B4; US9968749B2; FR2986971B1; CN103285478B

Abstract

L'invention concerne un système de ventilation pour la ventilation non invasive, avec un mécanisme de ventilation commandé par un dispositif de commande, et avec un module du patient (4) avec des électrodes pour dériver des signaux d'électrode à partir de la surface de la cage thoracique d'un patient, dans lequel le dispositif de commande est aménagé pour supprimer des composantes EKG dans les signaux d'électrode afin d'obtenir des signaux électromyographiques (signaux EMG) représentant l'effort respiratoire et de commander le mécanisme de ventilation en fonction des signaux EMG. Selon l'invention, il est prévu que le dispositif de commande soit en outre aménagé pour dériver à partir du signal d'électrode des signaux EKG avant leur suppression et d'afficher des données représentant un EKG.

Description

986 9 71 1 La présente invention concerne un système de ventilation pour la ventilation non invasive avec un mécanisme de ventilation commandé par un dispositif de commande, et avec des électrodes pour dériver des signaux d'électrode de la surface de la cage thoracique, le dispositif de commande 5 étant aménagé pour supprimer dans le signal d'électrode des composantes EKG afin d'obtenir les signaux électromyographiques (signaux EMG) qui représentent l'effort respiratoire et de commander le mécanisme de ventilation en fonction des signaux EMG, le dispositif de commande étant aménagé également pour dériver du signal d'électrode des signaux EKG avant la 10 suppression des composantes EKG du signal et pour préparer lesdits signaux EKG en vue de leur affichage. Les systèmes de ventilation servent à soulager la musculature respiratoire du patient et à assurer une alimentation suffisante en oxygène ainsi que l'élimination du dioxyde de carbone. Ceci est effectué soit par la prise en 15 charge totale du travail respiratoire par un mécanisme de ventilation, soit par une prise en charge partielle, dans le cas des procédés d'assistance. Compte tenu de l'augmentation des maladies pulmonaires chroniques et de la demande d'une meilleure thérapie, l'assistance respiratoire non invasive avec une meilleure interaction entre le patient et le mécanisme de ventilation est une 20 exigence décisive pour les systèmes de ventilation modernes. Un aspect essentiel est alors le réglage de la part de l'assistance côté appareil par rapport à la part propre de la respiration du patient en ce qui concerne le travail respiratoire (selon les amplitudes des courses respiratoires) et le synchronisme dans le temps. Avec une part réglable de la part de respiration propre, il est 25 possible de poursuivre différents objectifs, comme par exemple le soulagement de la musculature du patient ou un sevrage de la ventilation mécanique. A cet effet, il est important de détecter de manière fiable le début des phases respiratoires de la respiration du patient, puisque ces informations - en particulier chez les nouveau-nés et les patients atteints de BPCO - ne 30 ressortent pas clairement des signaux de mesure pneumatiques du système de ventilation. Pour une meilleure adaptation aux efforts respiratoires du patient, il est connu de dériver des signaux électromyographiques (signaux EMG) représentant l'activité musculaire de la musculature respiratoire. Un tel procédé est connu du document DE 10 2007 062 214 B3. Avec l'appareil connu, un 35 signal d'activité respiratoire uEMG(t) est enregistré par des électrodes à la surface de la cage thoracique. Afin de convertir les signaux d'électrode 2 986 9 71 2 enregistrés en signaux électromyographiques représentant l'activité respiratoire, il convient de soumettre les signaux d'électrode à un prétraitement, en particulier il convient d'éliminer les composantes de signal EKG dominant le signal tout entier en termes de hauteur de signal. A cet effet, on peut procéder à un filtrage et à une détection d'enveloppante. De préférence, la détection d'enveloppante est effectuée par une formation de valeurs absolues ou une élévation au carré et un filtrage passe-bas consécutif des signaux d'électrode. A l'issue de ce prétraitement, on obtient les signaux électromyographiques représentant l'activité respiratoire qui sont utilisables pour commander le mécanisme de ventilation du système de ventilation, comme le décrit par exemple le document DE 10 2007 062 214 B3. Pour la ventilation des patients, il est souhaitable d'afficher un électrocardiogramme (EKG) afin d'obtenir un aperçu des paramètres vitaux. Cet affichage doit servir à visualiser sur l'affichage le rythme cardiaque ainsi que la régularité (variabilité) et les irrégularités (arythmie). Pour enregistrer les signaux électromyographiques à la surface de la cage thoracique, plusieurs électrodes sont nécessaires. En l'absence de problèmes cardiologiques, un EKG est en général enregistré par trois dérivations, c'est-à-dire quatre électrodes au niveau de la poitrine du patient. Si en plus du signal électromyographique, il s'agit d'enregistrer également un signal EKG, de nombreuses électrodes doivent être fixées sur le torse du patient, ce qui est désavantageux notamment pour les patients très petits et les prématurés. A cet effet, la présente invention concerne, un système de ventilation pour la ventilation non invasive avec un mécanisme de ventilation commandé par un dispositif de commande, et avec un module du patient munis d'électrodes pour dériver des signaux d'électrode à partir de la surface de la cage thoracique d'un patient, dans lequel le dispositif de commande est aménagé pour supprimer dans les signaux d'électrode des composantes EKG afin d'obtenir les signaux électromyographiques (signaux EMG) représentant l'effort respiratoire et de commander le mécanisme de ventilation en fonction des signaux EMG, ledit dispositif de commande étant aménagé également pour dériver à partir du signal d'électrode des signaux EKG avant la suppression de la composante de signal EKG et pour afficher lesdits signaux, caractérisé en ce que le dispositif de commande est aménagé également pour former une enveloppante pour les signaux EMG avant la séparation des 2 986 9 71 3 signaux EKG et pour les porter sur l'appareil de ventilation en vue de leur affichage, pour déterminer à partir du signal EKG un rythme cardiaque en tant que valeur de mesure et pour porter le rythme cardiaque, conjointement avec le signal EKG, sur l'appareil de ventilation en vue d'un affichage ou pour 5 préparer ceux-ci au niveau des sorties en vue de les afficher sur un moniteur séparé. Selon un aspect de l'invention, dans le module du patient, des circuits sont prévus qui sont aménagés pour séparer les signaux EKG des signaux d'électrode et fournir les signaux EKG séparés sous forme numérique 10 et/ou analogique en vue de l'affichage. Selon un aspect de l'invention, le module du patient communique avec les autres composants du système de ventilation par des câbles de connexion prévus pour l'alimentation en énergie du module du patient et pour la transmission de données entre le module du patient et les autres 15 composants du système de ventilation. Selon un aspect de l'invention, le module du patient est muni d'un accumulateur pour l'alimentation en énergie et communique par radiocommunication sans fil avec les autres composants du système de ventilation. 20 Selon un aspect de l'invention, un moniteur séparé est prévu pour afficher les signaux EKG. Selon un aspect de l'invention, un seul affichage est prévu pour afficher les signaux électromyographiques et les signaux EKG dans une fenêtre de l'affichage. 25 Comme également décrit dans le document DE 10 2009 035 018 A1, il est prévu que le dispositif de commande soit aménagé pour dériver des signaux EKG des signaux d'électrode enregistrés avant la suppression des composantes de signal EKG et pour fournir des données représentant un EKG en vue de l'affichage. 30 En effet, les signaux d'électrode de surface électromyographiques, tout comme les signaux d'un EMG de l'cesophage, contiennent une forte composante de signal due à l'activité cardiaque (signaux EKG). Cette composante de signal, d'une amplitude de signal d'un à plusieurs millivolts, est éliminée de la courbe de signal afin de permettre l'évaluation des autres 35 activités musculaires nettement plus faibles (par exemple musculature du diaphragme, intercostale et d'assistance respiratoire) en tant que signaux d'activité respiratoire. A cet effet, la composante EKG est traitée par soustraction ou extraction des signaux EKG ; en règle générale, les composantes de signal contenant un pic R du signal EKG sont extraites dans une fenêtre de temps fixe avant et après le pic R. Les composantes de signal extraites sont remplacées soit par 0, soit par une constante correspondant à la hauteur de signal avant la fenêtre de temps du pic R du signal EKG, c'est-à-dire le signal est extrapolé pour la fenêtre de temps avec la hauteur de signal avant la fenêtre de temps du pic R. La composante EKG éliminée des signaux d'électrode n'est pas directement liée aux efforts respiratoires du patient et est négligeable pour une commande de la ventilation sur la base des signaux EMG. Les signaux EMG obtenus après la suppression de la composante de signal EKG sont des signaux dont l'amplitude est modulée par l'activité musculaire. Les signaux EKG existant avant leur suppression peuvent être dérivés sous forme de signaux EKG et représentés sur un affichage. Lorsque les électrodes sont positionnées pour acquérir la composante EMG, des dérivations sont créées qui correspondent approximativement aux dérivations habituelles d'un EKG selon Einthoven I ou II. Pour un EKG diagnostique, il est nécessaire de connaître les positions et donc l'angle de vision sur le coeur comme excitateur de tension (circuit de Cabrera) pour que la représentation graphique corresponde aux modes de représentation habituels en médecine et pour permettre la mesure des rapports d'amplitude et de temps selon les normes médicales. Les électrodes sont disposées sur un module du patient à placer à la surface de la cage thoracique du patient. Le but de la présente invention est de perfectionner un système de ventilation pour mettre à la disposition des utilisateurs plus d'informations, en particulier sur le système cardio-vasculaire. Cet objectif est résolu par le système de ventilation.

Selon l'invention, il est prévu que le dispositif de commande est aménagé également pour former une enveloppante pour les signaux EMG avant la séparation des signaux EKG et pour les porter sur l'appareil de ventilation en vue de leur affichage, pour déterminer à partir du signal EKG un rythme cardiaque en tant que valeur de mesure et pour porter le rythme cardiaque, conjointement avec le signal EKG, sur l'appareil de ventilation en vue d'un affichage ou pour préparer ceux-ci au niveau des sorties en vue de les afficher sur un moniteur séparé. Le dispositif de commande, dont certains composants peuvent être logés déjà sur le module du patient ou à un autre endroit dans le système de ventilation, fournit les signaux EKG séparés sous forme numérique et/ou analogique afin de permettre la représentation graphique, conjointement avec l'affichage du rythme cardiaque en tant que valeur de mesure, sur un moniteur de patient. Le rythme cardiaque et, facultativement, la variabilité du rythme 10 cardiaque sont déterminés et affichés en tant que valeurs de mesure. La variabilité du rythme cardiaque peut être déterminée sur une période de temps réglable (par exemple de 1000 à 10000 battements de coeur) et représentée sous forme d'écart-type, d'histogramme ou de spectre de fréquence. La variabilité du rythme cardiaque peut être utilisée pour évaluer la 15 charge du système cardiovasculaire ou pour en générer un index de stress. De même, il est possible de dériver l'adaptation au cycle respiratoire à partir de la variabilité de la fréquence. Les activités physiologiques respiratoires et cardiaques sont premièrement commandées indépendamment les unes des autres en fonction de l'échange gazeux (CO2 comme grandeur de référence) 20 ou du besoin en transport de nutriments / oxygène dans les tissus. Deuxièmement, les activités physiologiques respiratoires et cardiaques sont couplées en ce que le corps essaie de faciliter une superposition de basses pressions respiratoires (inhalation) et du remplissage de l'oreillette avec du sang veineux, sans pression. De ce fait, sous des conditions physiologiques 25 saines, on peut observer un couplage entre la respiration et l'activité du coeur. Les deux boucles d'asservissement ont un degré de liberté dans une plage de fréquence et une plage de course. La variabilité permet de dériver si d'autres facteurs d'influence, 'moins importants", risquent d'affecter l'activité du coeur, ou si le coeur fonctionne à la limite de ses capacités et ne peut pas tenir 30 compte des valeurs d'influence 'sans importance". Le système de ventilation peut disposer sur un moniteur d'une zone séparée dans laquelle une représentation graphique des signaux EKG dérivés et/ou des valeurs mesurées qui en sont dérivées est/sont affichée(s). Le moniteur peut être intégré mécaniquement directement au niveau du système 35 de ventilation ou peut être positionné sous forme d'élément séparé à distance de celui-ci.

Par la suite, l'invention sera expliquée à l'aide des modes de réalisation exemplaires sur les dessins : la figure 1 montre une représentation schématique d'un système de ventilation ; la figure 2 montre une représentation schématique d'un système de ventilation ; la figure 3 montre une représentation schématique d'un système de ventilation ; la figure 4a montre un module du patient d'un système de ventilation ; et la figure 4b montre un module du patient d'un appareil de ventilation. La figure 1 montre un système de ventilation avec une unité principale 2 et un module du patient 4 muni d'électrodes appliquées à la surface de la cage thoracique du patient. Le module du patient 4 communique avec l'unité principale 2 par un câble 9 relié pour l'alimentation en énergie à un circuit 8 de séparation de potentiel et par un câble 7 de transmission de données. La ventilation non invasive s'effectue par un système de tubes 1 avec un tube d'inspiration et un tube d'expiration.

Les signaux enregistrés par les électrodes sont convertis déjà dans le module du patient 4 par des convertisseurs analogique/numérique en données numériques qui sont transmises à l'unité principale 2 par un câble 7. Les données numériques transmises par le câble 7 sont converties dans un circuit de conversion DC/DC 6 et retransmises à un dispositif de commande 10, par exemple sous la forme d'un microprocesseur, dans lequel on sépare entre autres les signaux EKG. D'une part, les signaux EKG sont amenés à une sortie EKG numérique 22 sous forme numérique ; d'autre part, dans un convertisseur numérique/analogique 11, les signaux EKG sont reconvertis en un signal analogique qui est amené à une sortie EKG analogique 20. L'unité principale 2 présente un affichage 30 sur lequel sont affichés les signaux électromyographiques après séparation de la composante de signal EKG. Les signaux EKG séparés sont représentés séparément dans une fenêtre 32 sur l'affichage 30. De plus, le rythme cardiaque, obtenu à partir des signaux EKG en tant que valeur de mesure, est fourni conjointement avec les signaux EKG en vue de leur affichage. Les signaux électromyographiques sont utilisés dans le dispositif de commande 10 pour régler l'assistance de l'activité respiratoire par un mécanisme de ventilation selon des algorithmes spécifiés, comme par exemple décrits dans le document DE 10 2007 062 214 B3. Bien entendu, dans un mode de réalisation exemplaire non représenté, les signaux enregistrés par les électrodes peuvent aussi être transmis sous forme analogique du module du patient à l'unité principale par l'intermédiaire d'un câble et seulement numérisés dans l'unité principale. La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un système de ventilation qui correspond largement à celui représenté sur la figure 1 mais est muni d'un moniteur 34 séparé, sur lequel le signal EKG analogique est affiché à partir d'une sortie 20. La figure 3 montre un autre mode de réalisation d'un système de ventilation qui se distingue du précédent en ce qu'il n'y a pas de connexions par câble électrique entre le module du patient 4 et l'unité centrale 2. Au lieu de cela, le module du patient 4 est alimenté en énergie électrique par un accumulateur local 5. Les signaux ENG enregistrés et numérisés sont alors envoyés par radiocommunication sans fil au dispositif de commande 10 dans l'unité principale 2. Une fois les signaux EKG séparés, ils sont fournis à la sortie numérique 22 et retransmis au moniteur 34 pour y être affichés. La figure 4a montre schématiquement un module du patient 4. Les signaux d'électrode sont amenés par l'intermédiaire d'un connecteur 40 pour les électrodes à des amplificateurs de mesure, et la sortie desdits amplificateurs est amenée à un convertisseur analogique/numérique 44. Les signaux numérisés sont traités dans le dispositif de commande (microprocesseur) 42, dans lequel entre autres, les signaux EKG sont séparés, et sont retransmis à un répéteur terminal 46. Les signaux ainsi préparés sont envoyés à l'unité principale par l'intermédiaire d'une sortie 7. L'alimentation en énergie s'effectue soit par un câble 9, soit par un accumulateur local. La retransmission de l'énergie électrique par l'unité 48 aux autres composants du module du patient 4 est omise sur la représentation dans un souci de clarté.

La figure 4b montre un mode de réalisation modifié d'un module du patient 4. Encore une fois, les signaux d'électrode sont numérisés dans un convertisseur analogique/numérique 44 et traités dans un dispositif de commande 42. Dans le dispositif de commande (microprocesseur) 42, après séparation des signaux EKG des signaux d'électrode, une enveloppante est établie pour les signaux EMG de surface. Les signaux EMG de surface sont retransmis par des circuits 47 et 49 à un répéteur 52. Par conséquent, les signaux EKG séparés sont retransmis au répéteur 52 en passant par un circuit 50. Le répéteur 52 transmet les données par une unité d'émission de données 7', par exemple sur un WLAN, sans fil à l'unité principale 2. L'alimentation en énergie s'effectue par un accumulateur 9' et un distributeur 48, dans lequel encore une fois les retransmissions du distributeur 48 aux composants individuels sur le module du patient ont été omises pour des raisons de clarté.

LEGENDES 1 système de tubes 2 unité principale 4 module du patient 5 accumulateur 6 circuit de conversion DC/DC 7 câble de transmission de données 7' unité d'émission de données 8 circuit de séparation de potentiel 9 câble 9' accumulateur 10 dispositif de commande 20 sortie EKG analogique 22 sortie EKG numérique 30 moniteur 32 fenêtre d'affichage 34 écran 40 connecteur d'électrode 42 dispositif de commande 44 convertisseur D/A 46 répéteur terminal 47 dispositif de commande pour calcul d'enveloppante 48 filtre de tension 49 circuit de traitement des signaux EMG de surface 50 circuit de conditionnement des composantes de signal EKG 52 répéteur terminal

Claims

REVENDICATIONS1. Système de ventilation pour la ventilation non invasive avec un mécanisme de ventilation commandé par un dispositif de commande (10), et avec un module du patient (4) munis d'électrodes pour dériver des signaux d'électrode à partir de la surface de la cage thoracique d'un patient, dans lequel le dispositif de commande (10) est aménagé pour supprimer dans les signaux d'électrode des composantes EKG afin d'obtenir les signaux électromyographiques (signaux EMG) représentant l'effort respiratoire et de commander le mécanisme de ventilation en fonction des signaux EMG, ledit dispositif de commande (10) étant aménagé également pour dériver à partir du signal d'électrode des signaux EKG avant la suppression de la composante de signal EKG et pour afficher lesdits signaux, caractérisé en ce que le dispositif de commande est aménagé également pour former une enveloppante pour les signaux EMG avant la séparation des signaux EKG et pour les porter sur l'appareil de ventilation en vue de leur affichage, pour déterminer à partir du signal EKG un rythme cardiaque en tant que valeur de mesure et pour porter le rythme cardiaque, conjointement avec le signal EKG, sur l'appareil de ventilation en vue d'un affichage ou pour préparer ceux- ci au niveau des sorties en vue de les afficher sur un moniteur séparé.
2. Système de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le module du patient (4), des circuits sont prévus qui sont aménagés pour séparer les signaux EKG des signaux d'électrode et fournir les signaux EKG séparés sous forme numérique et/ou analogique en vue de l'affichage.
3. Système de ventilation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module du patient (4) communique avec les autres composants du système de ventilation par des câbles de connexion (7, 9) prévus pour l'alimentation en énergie du module du patient (4) et pour la transmission de données entre le module du patient (4) et les autres composants du système de ventilation.
4. Système de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le module du patient (4) est muni d'un accumulateur (9') pour l'alimentation en énergie et communique par radiocommunication sans fil avec les autres composants du système de ventilation.
5. Système de ventilation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un moniteur séparé (34) est prévu pour afficher les signaux EKG.
6. Système de ventilation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un seul affichage est prévu pour afficher les signaux électromyographiques et les signaux EKG dans une fenêtre (32) de l'affichage (30).