WO2016055615A1 - Dispositif et procede de caracterisation et/ou d'assistance de l'activite respiratoire d'un mammifere - Google Patents

Dispositif et procede de caracterisation et/ou d'assistance de l'activite respiratoire d'un mammifere Download PDF

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WO2016055615A1
WO2016055615A1 PCT/EP2015/073408 EP2015073408W WO2016055615A1 WO 2016055615 A1 WO2016055615 A1 WO 2016055615A1 EP 2015073408 W EP2015073408 W EP 2015073408W WO 2016055615 A1 WO2016055615 A1 WO 2016055615A1
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mammal
measuring
pressure
mouse
respiratory
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PCT/EP2015/073408
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Jorge Gallego
Boris Matrot
Florian MILLOT
Maud RINGOT
Original Assignee
Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale (Inserm)
Universite Paris Diderot Paris 7
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Definitions

  • the present invention relates to monitoring the respiratory activity of a mammal and assisting the respiratory activity of a mammal. GENERAL TECHNICAL FIELD AND STATE OF THE ART
  • Non-invasive monitoring of infant breathing is an important clinical problem, particularly in preterm infants who frequently have respiratory control disorders such as apnea.
  • One known mode of estimating the respiratory volume consists in using the thoracoabdominal wall as an index representative of the evolution of the pulmonary volume of the mammal studied. Estimating respiratory volume using the chest wall as an index representative of lung volume changes may be advantageous in situations requiring prolonged measurement, where the use of a mask or mouthpiece is not suitable.
  • mice whose phenotype is analyzed in vivo.
  • the study of genetically modified mice is a strategic focus of international biomedical research that has led to many advances in the determination of the pathophysiological mechanisms of many diseases and the search for treatments.
  • US6015388 which describes a device for characterizing the respiratory activity of an individual.
  • the proposed solution involves the use of two respiratory signals obtained using external measurement systems applied to the body surface. The device therefore does not allow to characterize rapidly, in a precise and non-invasive way the respiratory activity of a young mouse.
  • the use of only two systems, one thoracic and the other abdominal requires the knowledge of anatomical landmarks for the positioning of these systems, anatomical landmarks that are not known in newborn mice and can vary widely. during postnatal development.
  • a general object of the invention is to propose a device for characterizing the respiratory activity of a mammal allowing a non-invasive, accurate characterization and possibly allowing to simultaneously assist the mammal's respiratory activity.
  • the invention aims to mechanically assist non-invasively the breathing of mammals such as newborn mice, and also to monitor the evolution of their respiratory status, with or without respiratory assistance.
  • An application of the invention is thus to promote a good synchronization and the success of the weaning protocol and, consequently, to facilitate the resuscitation of the newborns of the mutant mice, to prolong the duration of the study of the evolution of their phenotype.
  • Another application is the administration of aerosol treatments in newborn mice for the study of their respiratory effects, and the performance of preclinical tests of these pediatric treatments.
  • the invention also relates to an algorithm that allows the calculation of an index of obstruction of the airways and that monitors its evolution as a function of the treatment administered.
  • an algorithm that allows the calculation of an index of obstruction of the airways and that monitors its evolution as a function of the treatment administered.
  • the invention consists of a device for characterizing the respiratory activity of a mammal, comprising:
  • processing means connected to the characterization means and able to deduce, from the signals coming from said characterization means, breathing characteristics,
  • the characterizing means comprises a laser profilometer which is adapted to project at least one light beam onto the mammalian thorax and / or abdomen so as to create at least three measurement points, to collect the image of said measuring points on the mammal, and measure the deformation at these measurement points of the thoracoabdominal wall at every moment.
  • the laser profilometer is adapted to project at least one light beam so as to create a line of measurement points comprising at least 5 measurement points.
  • the device comprises a ventilator capable of ventilating the mammal, said ventilator being connected to the processing means so that the operation of the ventilator takes into account said breathing characteristics obtained from the measurements of the laser profilometer.
  • the ventilator is a negative pressure mechanical ventilator in which the mammal is disposed.
  • the mechanical negative pressure fan comprises a hermetic body box in which the body to the base of the mammalian head is disposed, said body box comprising laser transparent windows of the laser profilometer making it possible to conserve the entire light signal.
  • the negative pressure mechanical ventilator comprises a head box adapted to be used as an inhalation chamber for the administration of various agents, or to generate a positive end-of-expiration pressure making it easier to open the mammal's airway during breathing.
  • the device comprises a pneumotachograph for measuring the effective ventilatory flow rate of the mammal.
  • the device comprises a video camera connected to the processing means, thus making it possible to visualize the position of the mammal as well as the distribution of the measurement points created by the laser profilometer on said mammal.
  • the device comprises a vaporizer or nebulizer adapted to administer, by inhalation, a drug to the mammal.
  • the drug is an analgesic, anesthetic, or bronchomotor.
  • the device comprises a positive pressure mechanical ventilator for facilitating the opening of the airways of the mammal during breathing.
  • the device comprises a mechanical pressure fan Continuous positive to facilitate the opening of the airways of the mammal during his breathing.
  • the invention consists of a method for measuring and / or assisting the respiratory activity of a mammal with the device previously described, characterized in that it comprises the following steps:
  • the method comprises the following steps:
  • the method comprises the following steps: projecting at least one light beam with the laser profilometer so as to create measurement points distributed transversely and / or longitudinally with respect to the mammalian body over an area of said body of said mammal comprising the rib cage and / or the abdomen;
  • the method comprises the following steps:
  • the method comprises the following steps:
  • the method comprises the following steps:
  • measuring the resistance of the respiratory tract of the mammal by measuring a temporal phase difference between the variation of the position of the measuring points during the mammal's breathing and the variation of the inflow and outflow rate measured by the pneumotachograph.
  • the invention consists of a method of assisting the mammal's respiratory activity comprising the following steps:
  • the method of assisting the mammal's respiratory activity comprises the following step:
  • FIG. 1 represents a block diagram of a first embodiment of the invention
  • FIGS. 2a and 2b each represent a diagram detailing the light beam emitted by the laser profilometer
  • FIG. 3 represents the operating principle of a method of using the first embodiment of the invention
  • Figure 4 shows a block diagram of a second embodiment of the invention
  • Figure 5 shows a block diagram of a third embodiment of the invention
  • Fig. 6 is a block diagram of a fourth embodiment of the invention.
  • Figures 7a-7d show the induction of respiratory arrest
  • FIG. 9 represents a diagram of the protocol of a first experiment according to a second implementation
  • Figure 10 shows a flow diagram of the fan during the second experiment of the second implementation.
  • a young mouse is placed on a support inside a negative pressure mechanical fan 3, the mouse 2 being able to be placed on the belly or on the back.
  • the body of the mouse 2 is disposed in a body housing 30 of the negative pressure mechanical fan 3, and the head of said mouse is disposed in a head box 32.
  • the body box 30 and the head box 32 are both hermetic.
  • the body box 30 and the head box 32 are hermetically separated by an airtight partition 31 through which the neck of the mouse 2 will be inserted.
  • the negative pressure mechanical fan 3 comprises:
  • a pressure generating assembly 35 which is connected to the body box 30 and to a controller 37;
  • controller 37 which controls the pressure generating assembly 35
  • a pressure sensor 38 which measures the pressure inside the body box 30 and the head box 32, and which is connected to the controller 37;
  • processing means 5 which are connected to the controller 37.
  • the pressure generating assembly 35 is composed of three pressure generation subassemblies 35-1, 35-2 and 35-3.
  • the pressure generating subassembly 35-1 generates a pressure P1 inside the body box 30 and is composed of a pump 35 which is used to generate a pressure of a pressure regulator 35. lb, a dead volume 35-1c and a solenoid valve 35-1d.
  • the pressure generation subset 35-2 makes it possible to generate a negative pressure P2 (less than the pressure P1) inside the body box and is composed of a pump 35-2a which makes it possible to generate a pressure, a 35-2b pressure regulator, a 35-2c dead volume and a 35-2d solenoid valve.
  • the pressure generating sub-assembly 35-3 makes it possible to generate a positive pressure P3 (greater than or equal to the pressure P1) inside the head box 32 and is composed of a pump 35-3a which generates a pressure, a vacuum regulator 35- 3b, a temperature and humidity regulator 35-3e which are connected to the head box 31 by an air inlet 33.
  • the pressure generating subassembly 35-3 also includes a variable flow resistance 35-3f which is disposed downstream of an air outlet 34 headbox 32.
  • the pressure generation assembly 35 thus makes it possible to establish the pressure inside the head box 32 at the pressure P3 and makes it possible to circulate air at controlled temperature and humidity inside said head box. 32 through the air inlet 33 and the air outlet 34.
  • the pressure generating assembly 35 also allows to vary the pressure inside the body box 30 between the pressure PI and the pressure P2.
  • the pressure generating assembly 35 maintains a positive pressure P3 inside the head box which facilitates breathing and allows to artificially cause the inspiration of the mouse 2 through the opening of the airway of the mouse 2 , according to the principle of the Ventilation in Positive Continuous Pressure (or Constant Positive Airway Pressure, CPAP, according to the well-known Anglo-Saxon terminology).
  • Positive pressure here means that the pressure inside the head box 32 is greater than the pressure inside the body box 30.
  • the pressure generating assembly 35 also maintains a negative pressure P2 at the inside of the body box 30, which facilitates the breathing of the mouse 2 when it is present spontaneously but insufficient, according to the principle of the Pressino Extrathoracic Negative Continuous (or Constant Negative Extra-thoracic Pressure, CNEP, according to the terminology well-known Anglo-Saxon).
  • the pressure generation assembly 35 finally makes it possible to artificially cause the sucker's inspiration by varying the pressure in the body box 30 from the pressure P1 to the pressure P2, and the expiration of the mice 2 by the variation of the pressure in the body casing 30 of the pressure P2 at the pressure Pl.
  • the pressure sensor 38 allows the controller 37 to know the pressure inside the body box 30 and to control, as a function of this pressure, the pressure generation assembly 35. It will be understood that it is also possible to let the mouse 2 breathe spontaneously without assisting with the mechanical negative pressure fan 3.
  • the device according to the invention is not limited to use on young mice 2, but that it can be used for other mammals. Those skilled in the art will understand that in order to use the device according to the invention, it is necessary to adapt the size of the different elements constituting said device.
  • characterization means are arranged around the body box 30, said characterization means comprising:
  • a laser profilometer 1 connected to the controller 37 and to the processing means 5, which projects at least one light beam 11 onto the thorax and the abdomen of the mouse 2.
  • This light beam 11 comprises at least three elementary beams 111, 112 and 113 which are directed to three places of the mouse 2, thus forming three measuring points 12 on the mouse 2.
  • the light beam 11 comprises 20 elementary beams which are distributed over the thorax and the abdomen of the mouse 2.
  • a video camera 4 connected to the controller 37 and the processing means 5, which films the mouse 2 in order to be able to visualize its position and the position of the measurement points 12 on the mouse 2.
  • the video camera 4 makes it possible to film the mouse 2 simultaneously with the profilometric measurement provided by the laser profilometer 1, thus making it possible to determine the useful measurement zone of the thoracomedial respiratory deformations with respect to anatomical landmarks of the mouse 2, from the base of the neck to the pubic area of the mouse 2, and to observe and detect any non-respiratory movements of the mouse 2.
  • the body housing 30 of the negative pressure mechanical fan 3 comprises at least one window transparent laser laser profilometer 1, thus allowing the light beam 11 passing through this window (as incident - the laser source to the mouse 2, that reflected - measuring points 12 to the laser profilometer 1) to retain the entire light signal.
  • the window is of the N-BK7 type which comprises two faces on which a specific antireflection treatment has been applied for the wavelength 405 nm, which is the wavelength of the light beam 11 of the laser profilometer 1.
  • the laser profilometer 1 makes it possible to collect the image of the measurement points 12 on the mouse 2, to continuously measure the position of said measurement points 12, and thus to be able to measure the deformation of the thoracoabdominal wall of the mouse 2 at the level of Measurement points 12. More precisely, the position of the measurement points 12 is measured by measuring the distance between each of said measurement points 12 and the laser profilometer 1.
  • the controller 37 being connected to the camera 4 and the laser profilometer 1, uses the data of said laser profilometer 1 and said camera 4 to adjust the pressure in the body box 30 through the pressure generating assembly 35. according to the respiratory movements of the mouse 2.
  • the controller 37 is connected to the processing means 5 in order to transmit to them the value of the commands sent by the controller 37 to the pressure generating assembly 35.
  • These characteristics of the respiratory activity of mice 2 include the characteristics of thoraco-abdominal movements, including the frequency and range of motion, possible asynchrony between chest and abdominal movements, and possible airway obstruction. of the mouse 2.
  • the laser profilometer 1 comprises a laser source and optical means for projecting on the mouse 2 a light beam 11 which forms on the mouse 2 a set of measuring points 12 distributed on the thorax and the abdomen of the mouse 2.
  • the laser profilometer 1 comprises a laser source and optical means for projecting on the mouse 2 a light beam 11 which forms on the mouse 2 at least 3 measuring points 12, at least one measuring point 12 is located on the thorax of the mouse 2, at least one measurement point 12 is located on the abdomen of the mouse 2, and at least one measurement point 12 is located at the border between the thorax and the abdomen of the mouse 2.
  • the optical means of the laser profilometer 1 are adapted to form a light beam 11 which desirably forms a plurality of measuring points 12 on the mouse 2 according to several variants:
  • the measuring points 12 are on the mouse 2 one or more discontinuous lines (the measuring points 12 are distributed in a discrete manner on the mouse 2).
  • the elementary beams 111, 112 and 113 of the beam 11 emitted by the optical means of the profilometer 1 are beams 111,
  • the measurement points 12 constitute on the mouse 2 one or more continuous lines.
  • the elementary beams 111, 112 the elementary beams 111, 112
  • the laser profilometer 1 can be a Keyence LJ-V7080 model profilometer associated with a U-V7001 P controller, which is itself coupled to a FRDM-KL25Z microcontroller.
  • This measurement node is determined by identifying the measuring point whose position varies the least during the breathing of the mouse 2.
  • the measurement points are divided into two categories, a first category which corresponds to the thorax of the mouse 2 and which is situated between the node and the head of the mouse, a second category which corresponds to the abdomen mouse 2 and which is located between the node and the pubic mouse.
  • the number of measuring points 12 is at least equal to five, of which two measurement points 12 are located on the abdomen of the mouse 2, two measurement points are located on the chest of said mouse 2, and a measuring point 12 is located between the thorax and the abdomen of said mouse 2.
  • the measuring points 12 can be distributed in a homogeneous manner or not -Homogene on the mouse 2.
  • the measurement points 12 are distributed in a non-homogeneous manner on the thoracoabdominal surface of the mouse 2 being concentrated in the areas of strong deformations on the thoracoabdominal surface of the mouse 2.
  • a problem solved by this invention is the absence of anatomical landmarks on the mouse 2 to clearly distinguish the chest compartment from the abdominal compartment.
  • the invention also relates to a method for measuring the respiratory activity of a mammal comprising the following steps:
  • the algebraic sum of the displacements of all the measurement points 12 provides a periodic respiratory signal whose frequency can be calculated and the amplitude can be estimated.
  • a variant of this measurement method comprises the following steps:
  • a second variant of the first method of using the device according to the first embodiment of the invention comprises the following steps:
  • This first method of use makes it possible to detect a spontaneous respiration of the mouse 2 when the latter is under respiratory assistance, thus making it possible to determine whether it is possible to start a method of weaning the respiratory assistance.
  • the device makes it possible to detect the spontaneous respiratory activities of the mouse 2 and to trigger the mechanical negative pressure fan 3 only when the mouse 2 starts a breathing cycle.
  • This trigger makes it possible to synchronize the negative pressure mechanical ventilator 3 and the infant 2, so that their respective respiratory cycles are not out of phase.
  • asynchronism between the ventilator and spontaneous breathing is a source of muscle fatigue and respiratory discomfort that delays weaning.
  • the detection of spontaneous respiratory activities Sourineau 2 reduces correlatively respiratory assistance and proceed to weaning.
  • this second method of using the device according to the first embodiment of the invention comprises the following steps:
  • mice 2 under a potential respiratory assistance using the negative pressure mechanical ventilator 3;
  • the controller 37 detecting with the aid of the controller 37 a breathing movement of inspiration or expiration of the mice 2, by detecting a variation of the position of the measurement points 12, the detected respiratory movement being an inspiration if the position of the points measurement 12 varies so as to approach the laser profilometer 1, or expiration if the position of the measuring points 12 varies so as to move away from the laser profilometer 1;
  • this second method of using the device according to the first embodiment of the invention, the trigger method comprises the following steps:
  • mice 2 under a potential respiratory assistance using the negative pressure mechanical ventilator 3;
  • the controller 37 detecting with the aid of the controller 37 a breathing movement of inspiration or expiration of the mice 2, by detecting a variation of the position of the measurement points 12, the detected respiratory movement being an inspiration if the position of the points measurement 12 varies so as to approach the laser profilometer 1, or expiration if the position of the measuring points 12 varies so as to move away from the laser profilometer 1;
  • this second method of using the device according to the first embodiment of the invention, the trigger method comprises the following steps:
  • mice 2 under a potential respiratory assistance using the negative pressure mechanical ventilator 3;
  • This second method of use makes it possible to assist the respiratory activity of the mice 2 by adapting the assistance to the spontaneous respiratory movements of the mice 2, which makes it possible to limit the problems related to a forced respiratory activity.
  • the controller 37 sets a pressure P3 inside the head box 32 which is greater than or equal to the pressure inside the body box 30.
  • the controller 37 establishes in the body box 30 a lower or equal pressure P1 at the pressure inside the head box 32.
  • the controller 37 when the controller 37 detects an inspiratory movement of the mouse 2 by means of the laser profilometer 1, the controller 37 triggers a phase of forced inspiration by the temporary opening of the solenoid valve 35-2d so to impose in the body box 30 a pressure P2 less than the pressure P1 and thus to help the inspiratory thoracic expansion of the mouse 2. The controller 37 then initiates the expiration of the mice 2 by restoring the pressure P1 within the body box 30, by the temporary opening of the solenoid valve 35-ld.
  • the processing means 5 comprise a memory in which are stored instructions relating to the second method of use.
  • the processing means 5 comprise a processor connected to the memory.
  • the forced inspiration phase must be initiated within an At delay less than 30 milliseconds after the start of the inspiratory movement of the mouse 2 so that the respiratory assistance coincides with the activity spontaneous inspiratory.
  • the opening and closing sequence is done by the controller 37 and the solenoid valves 35-ld and 35-2d.
  • the opening and closing sequence of the solenoid valves 35-ld and 35-2d is determined so that the duration and amplitude of the inspiration of the mice 2 are consistent with the physiological characteristics of its line at the same age.
  • the adjustment of this sequence is carried out thanks to the information delivered by the rapid processing of the signals coming from the laser profilometer in real time on the inspiratory movement of the mouse 2 during the forced inspiratory phase in a small window of time.
  • the fact that the line of measuring points 12 is longitudinal relative to the body of the mouse 2 and covering the thorax and the abdomen of the mouse 2 can simultaneously detect the deformation of the thorax and the abdomen of the mouse 2.
  • the second embodiment of the invention allows the detection of apnea.
  • Apneas correspond to an interruption of respiratory flow that can reach tens of seconds in humans. They are common in preterm or term neonates. There are two categories of apnea: central apnea and obstructive apnea. This second embodiment includes the elements described above with respect to the first embodiment of the invention.
  • the device comprises a pneumotachograph 6 which makes it possible to measure the effective ventilatory flow rate of the mouse 2 and to detect the apneas.
  • the pneumotachograph 6 can be connected either to the head box 32 or directly to the mouth of the mouse 2.
  • the combination of the data obtained with the laser profilometer 1 with the data obtained by the pneumotachograph 6 makes it possible to classify the apneas by determining whether an apnea is a central apnea or obstructive apnea.
  • Central apnea is due to the interruption of the control of the respiratory muscles. There is no thoraco- abdominal movement or respiratory flow.
  • Obstructive apneas are due to obstruction of the upper airways. There is no respiratory flow, but the respiratory muscles are activated periodically and deform the thoracoabdominal wall. It is important to distinguish between central and obstructive apneas because, because they do not have the same causes, they should not be treated in the same way.
  • the mammal stops breathing temporarily: it is obstructive sleep apnea.
  • the tissues completely block the upper airway, they prevent the mammal from breathing at the risk of causing asphyxiation.
  • Each obstruction deprives the body of oxygen and forces it to retain carbon dioxide that it would normally expel upon exhalation. Thus, the gas balance of the blood is disrupted and the body is exposed to a "toxic" environment.
  • the sign of this apnea is asynchronous deformity of the mammalian rib cage and abdomen, which reflects an obstruction of the airways.
  • Central apnea is a more rare syndrome than obstructive apnea. However, in premature infants it is more common than obstructive apnea. It occurs when the brain fails to signal the respiratory muscles to initiate breathing. Unlike an obstruction in the throat, it is the brain that causes central apnea. This is sometimes due to neurological damage such as a stroke or heart failure.
  • the presence of the pneumotachograph 6 in the device according to the second embodiment also makes it possible to detect whether the mouse 2 is in obstructive apnea, in the case where the laser profilometer 1 detects respiratory movements of the mouse 2 while the pneumotachograph 6 does not detect no ventilatory flow.
  • a first method of using the device according to the second embodiment comprises the following steps:
  • a central apnea If no variation of the position of the measuring points is detected, it is a central apnea. If there is an absence of respiratory rate measured by the pneumotachograph 6, combined with the presence of variations of the position of at least one point of the set of measuring points is detected, it is obstructive apnea .
  • Certain clinical signs in the human infant result from a differentiated analysis of thoracic and abdominal respiratory movements (such as thoraco-abdominal balancing, which refers to the phase shift, or even the complete phase opposition between these movements).
  • the corresponding measurements are obtained in humans using two sensors positioned using known anatomical landmarks (nipples and navel). These markers are not directly transferable to the mouse, which makes it difficult to compare with the human newborn and from the validation of models of human pathologies.
  • a method of using the device according to any one of the embodiments comprises the implementation of an algorithm for dividing the area on which the beam of measurement points 11 is projected in stages. independent thoracic and abdominal parts.
  • the processing means 5 comprise a memory in which its saved instructions relating to the algorithm.
  • the processing means 5 comprise a processor connected to the memory.
  • the algorithm implemented in this method uses as input the distance between the measurement points 12 and the laser profilometer 1 over time, these data being provided by the laser profilometer 1.
  • the algorithm has as data of exit the position of a measurement node, which delimits the border between the ribcage and the abdomen of the mouse 2.
  • the delimitation of the parts, or compartments, thoracic and abdominal is done through the determination of a node (in the sense of vibrating strings) measurement among the measuring points 12.
  • This measurement node corresponds to the minimum amplitude of the variations movement during breathing when the movements of the chest and abdominal compartments are out of phase.
  • On either side of the measurement node are thus two categories of measurement points 12, a first category relating to the rib cage, and a second category relating to the abdomen.
  • the method of using a device according to any one of the embodiments of the invention, the "separator” method, comprises the following steps:
  • the device according to the invention makes it possible to exploit the possibility of describing the respiratory movements of the mice 2 over the entire length of the thoraco-pulmonary apparatus of said mice 2.
  • This information allow to define objectively the limit of two compartments, thoracic and abdominal.
  • this delimitation makes it possible to evaluate, with a better accuracy, the asynchronisms in the respiratory movements of the mouse 2 according to the same criteria as in the human newborn.
  • Thoraco-abdominal asynchrony reveals the presence of airway obstruction and is a useful index of respiratory function.
  • Its calculation by the treatment means 5 is based firstly on an anatomical delineation of the thoracic compartment and the abdominal compartment, and secondly on a quantization of the phase shift between their respective movements.
  • the thoracoabdominal node is sought by determining the signal having the minimum amplitude in the displacement of the measurement points projected on the mouse 2 by the laser profilometer 1. This node delimits the chest compartment and the abdominal compartment.
  • the index of synchronism of the respiratory activity can be calculated by the treatment means 5 as follows:
  • the step of determining the direction of variation of the position of the measuring points for each of the categories of measuring points can be calculated from the measurements provided by the profilometer 1 at each measuring point 12 and at each instant of measurement. the following way:
  • the absolute value of the result obtained in the preceding step represents the proportion of measuring points 12 moving in the same direction during the respiration, and thus provides a measure of respiratory asynchrony.
  • a possible variant of the calculation of the index of the asynchrony of the respiratory activity may be that the sign of each of the partial derivatives is weighted by the absolute value of the variation of the position of the measuring point 12 corresponding to the partial derivative. during the breathing.
  • the degree of synchronism A (t) of the global respiratory movement at time t is estimated by the proportion (in absolute value) of points moving in the same direction at time t, namely:
  • the index of asynchronism makes it possible to evaluate the variations of the thoraco-abdominal deformations.
  • the recorded signal processing allows a better calculation of the index of asynchrony thanks to the suppression of the zones of apneas and movements.
  • asynchronism index respiratory rate, amplitude, volume ..., delay between initiation of thoracic amplification and abdominal, phase shift between thoracic and abdominal movements, percentage of breath duration during which thoracic and abdominal compartment volumes vary in opposite directions
  • the data processing takes into account the data of the laser profilometer 1.
  • the data processing takes into account the data of the laser profilometer 1 and the pneumotachograph 6.
  • the pneumotachograph 6 data are useful for quantifying the variations of the volumes of the thoracic compartment and the abdominal compartment during the course of breathing. mouse 2.
  • the pneumotachograph 6 data can be used to calculate the index of asynchronism which takes into account the volumes mobilized by the mouse 2, in addition to the phase shift.
  • the exploitation of the data of the laser profilometer 1, which provides information on the deformation of each compartment, and the data of the Pneumotachograph 6, which gives a precise indication of the mobilized volumes provides an index of asynchronism which provides quantitative and qualitative information on the effects of asynchrony in terms of respiratory volumes mobilized accurately.
  • the presence of the pneumotachograph 6 in the device according to the second embodiment also makes it possible to measure the resistance of the airways. Indeed, when the resistance of the airways increases, the inspiration and the expiration of the air by the mice 2 occur late compared to the movements made by said mouse 2.
  • the head box 32 is used as the inhalation chamber, and that to do this, a vaporizer or a nebulizer 8 is connected to the air inlet 33.
  • the head of the mouse is disposed in the head box 32.
  • the air inlet 33 is advantageously coupled to the vaporizer or nebulizer 8 which is adapted to administer a drug by inhalation, so that it is possible to administer a drug to the mice 2 in a non-invasive way when is ventilated using the negative pressure mechanical ventilator 3.
  • the administered drug may be a pulmonary surfactant, a corticosteroid, an analgesic, anesthetic, antibiotic, diuretic or bronchomotor, or other kind of drug depending on the tests to be performed and their susceptibility to be used in the human neonate.
  • the third embodiment also comprises a pneumotachograph 6 which makes it possible to measure the ventilation flow at the outlet of the mouth of the mouse 2.
  • These respiratory diseases may include but are not limited to: obstruction of the airways, bronchitis, apnea) in models of young mice 2, it is necessary to use the pneumotachograph 6, the laser profilometer 1 and optionally the negative pressure mechanical ventilator 3 to administer the drugs by inhalation.
  • the operation of the negative pressure mechanical fan 3 is necessary in the case where the spontaneous ventilation of the mouse 2 is not sufficient.
  • the operation of the negative pressure mechanical ventilator 3 also makes it possible to better control the exposure of the mice 2 to bronchodilators, drugs, drugs through the application of a forced and reproducible ventilation.
  • the fourth embodiment of the invention incorporates the elements described above with respect to the first embodiment of the invention.
  • the difference between these two embodiments is that the device comprises a positive pressure mechanical fan 7.
  • the use of the positive pressure mechanical ventilator 7 makes it possible to fill the fact that the mechanical negative pressure ventilator 3, although it makes it possible to assist the breathing of the mice 2 in a non-invasive manner, does not make it possible to clear the airways mechanically.
  • the device may not include the mechanical negative pressure fan 3, and include a mechanical positive pressure fan 7.
  • the device may not include the mechanical negative pressure fan 3, and include a mechanical positive pressure fan 7.
  • the inventors analyzed the displacement of 20 measuring points on the thoraco-abdominal profile of a young mouse 2, with a frequency of 200 Hz, which made it possible to obtain FIGS. 7 and 8.
  • the number Optimum measurement points can be determined by making a compromise between the accuracy of the motion analysis and the simplicity of the calculations.
  • a subtractor averaging filter was applied over 0.5 s (100 samples) for each of the time signals from these measurement points 12. This filtering makes it possible to improve the signal-to-noise ratio and to overcome variations in the position of the mouse 2 .
  • FIGS. 7 are curves which represent the variation of the position of the measuring points 12 which have been created by the use of a device according to the invention.
  • Figure 7a shows the variation of the position of the measuring points 12 over time during the spontaneous breathing of the mouse 2, the negative pressure mechanical fan 3 is not started.
  • FIG. 7b shows the variation of the position of the measurement points 12 over time during forced mechanical ventilation of the mouse 2 during an injection of isoflurane into the head box 32 so that the young mouse 2 inhales it .
  • FIG. 7d shows the resuscitation of the mouse 2 by a forced ventilation of amplitude and very regular frequency imposed by the mechanical negative pressure fan 3.
  • FIGS. 8 are curves of the variation of the position of the measurement points 12 for the weaning from the forced mechanical ventilation of the mouse 2, which shows the different steps followed by the mouse 2 for his bondage.
  • Figure 8a shows the variation of the position of the measuring points 12 over time. In FIG. 8a, it is clearly visible that the spontaneous respiratory activity of the mice 2 is superimposed on the respiratory activity imposed by the negative pressure mechanical ventilator 3 (as shown by the peaks of irregular movements).
  • FIG. 8d shows the variation of the position of the measurement points 12 for the mouse 2 which has found a spontaneous and regular spontaneous breathing activity, the mechanical negative pressure fan 3 not being in operation.
  • the device according to the invention allows the detection of spontaneous activities during the mechanical forced ventilation (as visible in Figures 8a, 8b and 8c). This aspect has been validated in young mice 2 placed in respiratory arrest by deep anesthesia by administering anesthetic via the headbox 32.
  • the detection of spontaneous respiratory activities makes it possible to define a program of progressive reduction of the mechanical ventilation up to at his complete stop, also called the weaning program of the ventilator.
  • the extreme precision of the laser profilometer 1, and the almost exhaustive description that it provides respiratory deformations of the thoraco-abdominal system allow to detect spontaneous respiratory activities even of small amplitude.
  • Respiratory cycles that result partially from spontaneous activity are distinguished from cycles only produced by the fan by their amplitude and can be in phase or desynchronized machine cycles.
  • Spontaneous activities signal the emergence of autonomous breathing.
  • the inventors performed resuscitation maneuvers on neonatal mice 2 in respiratory distress at birth. This second implementation, in which resuscitation maneuvers of the mice 2 are performed, can be implemented using the laser profilometer 1, or without using the laser profilometer 1.
  • the resuscitation protocol was conducted on eighty-two (82) young mice on the day of birth, which weighed an average of 1.7 g (with a standard deviation of 0.2 g) and sixty-five (65) mice the day after birth. their birth weighed on average 1.8 g (with a standard deviation of 0.2 g). The protocol was therefore conducted on a total of one hundred and forty-seven (147) newborn mice 2.
  • the protocol is shown in FIG. 9. Fifty (50) mice 2 were randomly associated with a first group called RG group, the mice 2 associated with said RG group being resuscitated. In order to resuscitate them, the young mice 2 of the RG group are ventilated with air.
  • mice 2 of the NRG group are not ventilated with air.
  • mice 2 were associated with a third group, referred to as the CG group, which serves as a control group. Sourineaux 2 of the CG group are not handled.
  • each mice 2 except the young mice belonging to the group CG is placed in the body box 30 of a negative pressure mechanical ventilator 3.
  • mice 2 that were manipulated in the protocol had a mean spontaneous ventilation of 14.4 ⁇ / s / g (with a standard deviation of 8.8 ⁇ / s / g), with an average tidal volume of 12.7. ⁇ / g (with a standard deviation of 7.2 ⁇ / g) and an average duration of the respiratory cycle of 0.5 s (with a standard deviation of 0.2 s).
  • ⁇ / g with a standard deviation of 7.2 ⁇ / g
  • an average duration of the respiratory cycle of 0.5 s (with a standard deviation of 0.2 s).
  • HOP head-out Plethysmography
  • the term "head-out” or “head-out” is used as opposed to a plethysmograph in which the entire body of the mice 2 (the body plus the head) is disposed within a box.
  • these plethysmographic measurements can be performed using the laser profilometer 1 to measure in real time the deformation of the thoracoabdominal wall of the mice 2 at the measuring points 12 which are projected on said thoraco wall abdominal of said mice 2.
  • mice 2 spontaneously breathe during a second phase of the protocol which lasts one minute, this second phase being called the ISO phase.
  • the mechanical negative pressure fan 3 is started by activation of the pressure generating assembly 35. Once activated, the pressure generating assembly 35 generates a first pressure PI equal to atmospheric pressure, and a second pressure P2 below atmospheric pressure of 6 cm H 2 O (588 Pa) at a frequency of 2 Hz, as shown in Figure 10, during a third phase which lasts three minutes.
  • the third phase is called FORCED-ISO.
  • the negative pressure mechanical fan 3 is turned off during a fourth phase of the protocol which lasts one minute.
  • the fourth phase is called the POST-ISO phase.
  • the spontaneous ventilation of the mice 2 is evaluated by measuring the pressure in the body housing 30 of the negative pressure mechanical ventilator 3.
  • the spontaneous respiration of the mice 2 is evaluated with the laser profilometer 1 by measuring in real time the deformation of the thoracoabdominal wall of the young mice 2 at the measurement points 12 which are projected on said thoracoabdominal wall of said mice 2.
  • Table I Respiratory arrest caused by inhalation of isoflurane.
  • Isoflurane is delivered to all mice of both groups (RG and NRG).
  • Isoflurane caused respiratory arrest (found by whole body plethysmography) in the majority of young mice in each group (RG and NRG).
  • the breathing stop can also be observed by the laser profilometer 1 by not detecting any movement of the measuring points 12 which are projected on the thoracoabdominal wall of the young mice 2.
  • mice 2 of the RG group are subjected to a fifth phase of the protocol called phase VENT and which lasts 8 minutes.
  • the negative pressure mechanical fan 3 is turned on by activating the pressure generating assembly 35 to generate the first pressure P1 and the second pressure P2 at a frequency of 2 Hz for a duration of 8 seconds. minutes.
  • the respiratory flow rate is measured by pneumotachography in the mouth of each of the mice 2.
  • the mice 2 have a ventilation with an average tidal volume of 11.8 ⁇ (with a standard deviation of 4.8 ⁇ ).
  • Sourets 2 of the NRG group are themselves subjected to a fifth alternative phase of the protocol called phase NO-VENT and lasts 8 minutes.
  • phase NO-VENT a fifth alternative phase of the protocol
  • the negative pressure mechanical ventilator 3 remains off for a period of 8 minutes.
  • mice 2 of the NRG group are, on the contrary, ventilated for 8 minutes during the VENT phase.
  • mice 2 of the groups RG and NRG are then subjected to a sixth phase of the protocol called phase DIAG which lasts 1 minute.
  • phase DIAG a sixth phase of the protocol
  • the negative pressure mechanical fan 3 is turned off.
  • spontaneous ventilation of mice 2 is measured by plethysmography.
  • mice 2 were in respiratory arrest during the DIAG phase, whereas for the 2 mice of the NRG group the proportion was 92%.
  • Mechanical ventilation by the negative-pressure mechanical ventilator 3 has therefore produced a very significant effect on ventilatory recovery of young mice 2 (chi-2 test, P ⁇ 2.13E-13).
  • the mouse 2 When the response was normal (wakefulness reaction and movements) the mouse 2 was reintroduced into the litter. In the opposite case, the mouse 2 was kept for three additional 15-minute periods in the chamber and was again tested. If the tests did not produce any reaction after one hour the mouse was considered dead.
  • mice 2 Mortality among RG 2 mice was 14%, whereas it was 90% among NRG mice 2 (chi-2 test, P ⁇ 2.88E-11). The numbers of mice 2 in each situation are shown in Table III below.
  • Table III Mortality of mice in respiratory arrest after inhalation of isoflurane and with or without mechanical ventilation at negative pressure. The effectiveness of mechanical ventilation at negative pressure is observed to ensure the survival of young mice in respiratory arrest.
  • mice Phox2b 27Ala murine model of Ondine's syndrome.
  • Ondine's syndrome is a serious illness usually diagnosed in the days following birth. This syndrome is characterized by hypoventilation during sleep and the absence of respiratory chemopensitivity to CO2. The syndrome is caused by a mutation of the PHOX2b gene, which plays a determining role in the development of the autonomic nervous system. The management of Ondine syndrome is performed by mechanical ventilation during sleep, for life in some cases.
  • the murine model of this disease (Phox2b 27Ala mice) has a very high neonatal mortality (mortality within two hours of birth). The inventors prolonged the survival of the animals by performing neonatal resuscitation.
  • mice 2 The experiments were carried out on forty-nine (49) young mice 2 from six (6) litters.
  • Scopes manipulated during these experiments contain Phox2b 27 Ala mutant mice 2 and wild mice (not carrying the mutation). The litters are used from the first minutes of life.
  • each mice 2 is randomly distributed in the Reanimated (RG) or non-Reanimated (NRG) group, and is placed in the body housing 30 of the negative pressure mechanical ventilator 3. Depending on its group, it is ventilated or not ventilated in a controlled way.
  • the ventilation by the negative pressure mechanical ventilator 3 is carried out with the following characteristics:
  • the first pressure PI is equal to the atmospheric pressure;
  • the second pressure P2 is less than the atmospheric pressure of 6 cm H 2 O, ie 588 Pa;
  • the pressure variation frequency inside the body box 30 between the first pressure PI and the second pressure P2 is 2 Hz;
  • mice 2 Of the 2 mutant Phox2b 27 Ala mice in the RG group, after 150 minutes of resuscitation, two (2) mice 2 had died (no reaction to a pinch test) and nine (9) mice 2 were alive.
  • mice 2 without using the laser profilometer 1, and use said laser profilometer 1 only when the mouse 2 is resuscitated and breathes spontaneously to facilitate weaning.
  • the laser profilometer 1 can also be used at the time of the resuscitation of the mouse 2 and also during the weaning of the respiratory assistance which is brought to him. Material and methods used
  • mice were maintained with a 12-hour light / dark cycle with access to standard rodent water and food at will. All experiments were performed in accordance with the standards of care and use of laboratory animals of the National Institute of Health and Medical Research (INSERM) and the Ethics Committee of the University of Paris Diderot , Paris 7. In the first implementation, the pregnant mice are OF1 mice (Charles River Laboratory, L'ArbresIe France).
  • the pregnant mice are OF1 mice (Charles River Laboratory, L'ArbresIe France).
  • the pregnant mice are mice obtained by mating PGK Cre + female mice and PHA 27Ala 27Ala mice . All experiments were performed in accordance with the standards of care and use of laboratory animals of the National Institute of Health and Medical Research (INSERM) and the Ethics Committee of the University of Paris Diderot , Paris 7.
  • the negative pressure mechanical fan consists of two polycarbonate cylinders (body box 30 and head box 32 respectively) closed at one end by a plastic ring holding a latex collar (thereby forming the airtight wall 31). Nitrile O-rings were used to assemble the different parts of the negative pressure mechanical fan 3 and maintain the airtightness.
  • the collar was made from a dental dam disk 30mm in diameter with a central hole of 5mm in diameter.
  • the negative pressure mechanical fan 3 being disassembled, the head of the mouse 2 is placed in the orifice of the latex collar of the hermetic wall 31, the collar around the neck, by gently pushing the posterior part of the body of the mouse 2. The two cylinders (the body box 30 and the head box 32) are then reassembled around the plastic ring of the hermetic wall 31.
  • the body box 30 is connected to the pressure generator assembly 35, which alternately establishes inside the body box 30 a pressure P1 equal to the atmospheric pressure and a pressure P2 which is lower than the pressure P1.
  • the respiratory rate of the mice 2 is between 1 and 3 Hz.
  • the duty cycle (for example defined by the ratio of the inhalation time compared to the total time of the inspiration-expiration cycle) is set at 50%.
  • the pressure imposed by the negative pressure mechanical fan 3 in the body box 30 is measured by the pressure sensor 38 (40PC001 B, Honeywell, Morristown, NJ, USA, range: ⁇ 68 cm H2O) and recorded at 200 Hz by the processing means (National Instruments, Austin, TX, USA) for subsequent data analysis.
  • the pressure sensor 38 40PC001 B, Honeywell, Morristown, NJ, USA, range: ⁇ 68 cm H2O
  • the processing means National Instruments, Austin, TX, USA
  • the inspired and exhaled volumes of the mice 2 under forced mechanical ventilation are calculated by integrating the signal delivered by the pneumotachograph 6 fixed on the snout of the young mice 2 via a conical face mask made of polyethylene with a maximum diameter of 8 mm.
  • the pneumotachograph 6 is composed of a polycarbonate cylinder comprising a longitudinal axis and which comprises an internal diameter of 1 mm, an external diameter of 3 mm, and a length of 15 mm.
  • the polycarbonate cylinder also includes two pressure ports with an inner diameter of 0.3 mm, the two pressure ports being spaced a distance of 10 mm.
  • the pressure ports are inserted perpendicular to the longitudinal axis of the polycarbonate cylinder.
  • the two ports are connected to a pressure sensor (GE Sensing transducer, Asimbas, France, range: ⁇ 0.1 mbar).
  • the pressure signal is recorded at a sampling rate of 200 Hz by the processing means (National Instruments, Austin, TX, USA).
  • the pneumotachograph 6 is calibrated before each use by means of a pump comprising a gas-tight precision micro-syringe (Ito corporation, Fuji, Japan), which injects a sinusoidal air flow into the pneumotachograph 6 and which generates thus a calibration volume.
  • a gas-tight precision micro-syringe Ito corporation, Fuji, Japan
  • the mechanical negative pressure fan 3 can be used as a head-outlet plethysmograph (or head-out according to well-known English terminology) by connecting the head box 32 to the ambient air and measuring a In fact, the variation in the volume of the body of the mouse 2 when breathing causes a variation of the pressure inside the body box 30. Thus, by measuring the variation of pressure inside the body box 30, it is possible to obtain the variation of the volume of the body of the mouse 2 which corresponds to the volume of inhaled air.
  • the head-out term is used as opposed to a plethysmograph in which the whole body of the mice 2 (the body plus the head) is arranged inside a box.
  • the thoraco-abdominal movements of the mice 2 associated with the respiration are measured by the laser profilometer 1 which is of the Keyence LJ-V7080 model, and which is coupled to a LJ-V7001 P controller, said laser profilometer 1 projects a line of dots. measures 12 along a mid-thoraco-abdominal axis of the young mice 2.
  • the measurement point line 12 which is 48 mm long, is positioned between the upper thorax and the lower of the midsection of the mouse 2 using a video recording the mouse 2 in the supine position, said video being obtained using the video camera 4.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de caractérisation de l'activité respiratoire d'un mammifère (2), comprenant : - des moyens de caractérisation des mouvements respiratoires du mammifère (2), - des moyens de traitement (5) reliés aux moyens de caractérisation et aptes à déduire, à partir des signaux issus desdits moyens de caractérisation, des caractéristiques de respiration, caractérisé en ce que les moyens de caractérisation comprennent un profilomètre laser (1) qui est adapté pour projeter au moins un faisceau lumineux (11) sur le thorax et/ou l'abdomen du mammifère (2) de manière à créer au moins trois points de mesure (12), pour recueillir l'image desdits points de mesure (12) sur le mammifère (2), et mesurer la déformation en ces points de mesure (12) de la paroi thoraco-abdominale à chaque instant.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE CARACTERISATION ET/OU D'ASSISTANCE DE L'ACTIVITE RESPIRATOIRE D'UN
MAMMIFERE
La présente invention concerne la surveillance de l'activité respiratoire d'un mammifère et l'assistance à l'activité respiratoire d'un mammifère. DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ETAT DE LA TECHNIQUE
La surveillance non invasive de la respiration du nourrisson représente un problème clinique important, notamment chez les nouveau- nés prématurés qui présentent fréquemment des troubles de la commande respiratoire, par exemple des apnées.
Lorsque la respiration du nouveau-né n'est pas suffisante pour maintenir une oxygénation correcte, il est nécessaire d'assister la respiration du nouveau-né par une ventilation mécanique assistée. Dans ce cas, il est important de prévoir un protocole de sevrage de l'assistance respiratoire le plus tôt et le plus sûrement possible. Bien que largement employée, les effets indésirables de la ventilation mécanique assistée, notamment les lésions pulmonaires, et les conséquences à plus long terme sur le développement sont mal connues. La définition de critères d'arrêt de la ventilation mécanique assistée est un problème crucial et difficile. Les études précliniques sur ce sujet sont rares, fautes de modèle satisfaisant de ventilation mécanique assistée chez le mammifère nouveau-né.
Aujourd'hui, afin d'étudier ces conséquences, et dans le cadre du développement de nouveaux médicaments (stimulants respiratoires, bronchodilatateurs, etc ..) à usage pédiatrique, des tests précliniques sont effectuées sur des souris d'âge mûr (modèle mature) et non sur des souriceaux (modèles en développement) en raison de l'impossibilité de mesurer précisément l'obstruction des voies respiratoires de souris nouveau-nées. Néanmoins l'utilisation d'un modèle mature ne permet pas le suivi des conséquences potentielles de l'administration de tels traitements sur le développement futur du nouveau-né.
Un mode connu d'estimation du volume respiratoire consiste à utiliser la paroi thoraco-abdominale comme indice représentatif de l'évolution du volume pulmonaire du mammifère étudié. L'estimation du volume respiratoire utilisant la paroi thoraco- abdominale comme un indice représentatif de l'évolution du volume pulmonaire peut être avantageuse dans des situations nécessitant une mesure prolongée, où l'utilisation d'un masque ou d'une pièce buccale n'est pas adaptée.
L'évaluation de mouvement de la paroi thoraco-abdominale chez de jeunes mammifères est cependant particulièrement difficile.
Les recherches expérimentales sur la fonction des gènes et leur rôle dans les maladies humaines reposent en grande partie sur l'étude de souris génétiquement modifiées dont le phénotype est analysé in vivo. L'étude des souris génétiquement modifiées constitue un axe stratégique de la recherche biomédicale à l'échelle internationale qui a permis de nombreuses avancées dans la détermination des mécanismes physiopathologiques de nombreuses maladies et la recherche de traitements.
Cependant, des difficultés particulières apparaissent dans l'étude des maladies qui touchent spécifiquement le nouveau-né et le nourrisson. Ces difficultés tiennent au fait que les manipulations génétiques des souris provoquent, dans une proportion élevée, une mortalité néonatale importante des souriceaux, rendant très difficile, voire impossible, l'étude des phénotypes in vivo. Outre les problèmes de mortalité néonatale, le diagnostic respiratoire des souriceaux est un défi en raison de leur petite taille et des petits volumes inspirés.
A ce titre, on connaît le document « A miniature mechanical ventilator for newborn mice » de Kumaran Kolandaivelu et Chi-Sang Poon, qui décrit une solution permettant d'apporter une assistance respiratoire d'une manière non invasive en plaçant un souriceau dans un ventilateur mécanique à pression négative relié à une unité centrale. Un tel ventilateur mécanique à pression négative a permis de prolonger la survie de souriceaux mutants d'une dizaine d'heures, dont une ou deux heures après l'arrêt de la ventilation. Cependant, la solution proposée dans ce document permet uniquement d'apporter une assistance respiratoire forcée à un souriceau sans pouvoir, ni caractériser et suivre précisément l'activité respiratoire du souriceau, ni adapter la ventilation mécanique assistée à la ventilation spontanée du souriceau. La question des critères d'interruption de la ventilation mécanique assistée n'a pas été abordée dans cette étude. On connaît également le document US6015388 qui décrit un dispositif permettant de caractériser l'activité respiratoire d'un individu. Cependant, la solution proposée comporte l'utilisation de deux signaux respiratoires obtenus à l'aide de systèmes de mesure externes, appliqués à la surface du corps. Le dispositif ne permet donc pas de caractériser rapidement, d'une manière précise et non-invasive l'activité respiratoire d'un souriceau. En outre, l'utilisation de deux systèmes uniquement, l'un thoracique l'autre abdominal, requiert la connaissance de repères anatomiques pour le positionnement de ces systèmes, repères anatomiques qui ne sont pas connus chez le souriceau nouveau-né et peuvent varier considérablement au cours du développement postnatal.
On connaît par ailleurs le document « Unrestrained video-assisted plethysmography: a noninvasive method for assessment of lung mechanical function in small animais » de Jason H . T. Bâtes, John Thompson-Figueroa, Lennaert K. A. Lundblad, et Charles G. Irvin, qui décrit un dispositif permettant de caractériser par vidéo la respiration d'une souris d'une manière non-invasive. Si une telle solution permet de détecter l'expansion volumique de la souris due à son activité respiratoire, cette solution ne permet pas de détecter des déformations concaves, telles que les rétractations du compartiment thoracique. Cette limitation est importante car ces rétractions thoraciques sont un signe clinique majeur de la détresse respiratoire du nouveau-né et du nourrisson. En effet, un tirage inter- ou sous-costal, qui apparaît à différentes localisations de la région thoracique est un signe clinique majeur que cette solution ne permet pas de détecter.
On connaît également le document "Respiratory Measurement Utilizing a Novel Laser Displacement Technique : Normal Tidal Breathing" de Jeff Hargrove, Eric D. Zemper et Mary L. Jannausch, qui décrit un dispositif permettant de mesurer l'activité respiratoire d'un humain . Un tel dispositif ne permet cependant pas d'obtenir une précision suffisante afin de caractériser la respiration du mammifère étudié car il n'utilise uniquement que deux points de mesure, un premier point de mesure étant situé sur le thorax, et un second point de mesure étant situé sur l'abdomen. Cette solution n'est pas satisfaisante car les signes cliniques des atteintes respiratoires d'un nouveau-né peuvent apparaître dans toutes les régions thoraco-abdominales (tirage sous-costal, intercostal, déflation abdominale, asynchronie entre les hémithorax droite et gauche) .
Un but général de l'invention est de proposer un dispositif de caractérisation de l'activité respiratoire d'un mammifère permettant une caractérisation non-invasive, précise et permettant éventuellement d'assister simultanément l'activité respiratoire du mammifère.
Selon un autre aspect, l'invention vise à assister mécaniquement de manière non invasive la respiration de mammifères tels que des souriceaux nouveau-nés, et également de suivre l'évolution de leur état respiratoire, avec ou sans assistance respiratoire.
Une application de l'invention est ainsi de favoriser une bonne synchronisation et le succès du protocole de sevrage et, par suite, de faciliter la réanimation des nouveau-nés des souris mutantes, pour prolonger la durée de l'étude de l'évolution de leur phénotype.
Une autre application est l'administration de traitements par aérosol chez le souriceau nouveau-né pour l'étude de leurs effets respiratoires, et la réalisation de tests précliniques de ces traitements pédiatriques.
Selon un autre aspect, l'invention porte également sur un algorithme qui permet le calcul d'un indice d'obstruction des voies aériennes et qui permet de surveiller son évolution en fonction du traitement administré. Ainsi, les utilisateurs bénéficient d'un indice quantitatif fournissant un résultat rapide et pertinent sur l'efficacité du traitement respiratoire pédiatrique.
PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTION Selon un aspect, l'invention consiste en un dispositif de caractérisation de l'activité respiratoire d'un mammifère, comprenant :
- des moyens de caractérisation des mouvements respiratoires du mammifère,
- des moyens de traitement reliés aux moyens de caractérisation et aptes à déduire, à partir des signaux issus desdits moyens de caractérisation, des caractéristiques de respiration,
caractérisé en ce que les moyens de caractérisation comprennent un profilomètre laser qui est adapté pour projeter au moins un faisceau lumineux sur le thorax et/ou l'abdomen du mammifère de manière à créer au moins trois points de mesure, pour recueillir l'image desdits points de mesure sur le mammifère, et mesurer la déformation en ces points de mesure de la paroi thoraco-abdominale à chaque instant.
Selon une caractéristique particulière, le profilomètre laser est adapté pour projeter au moins un faisceau lumineux de manière à créer une ligne de points de mesures comprenant au moins 5 points de mesure. Selon une caractéristique additionnelle, le dispositif comprend un ventilateur apte à ventiler le mammifère, ledit ventilateur étant relié aux moyens de traitement de manière à ce que le fonctionnement du ventilateur prenne en compte lesdites caractéristiques de respiration obtenues à partir des mesures du profilomètre laser.
Selon une autre caractéristique, le ventilateur est un ventilateur mécanique à pression négative dans lequel est disposé le mammifère.
Selon une caractéristique supplémentaire, le ventilateur mécanique à pression négative comprend un caisson de corps hermétique dans lequel le corps jusqu'à la base de la tête du mammifère est disposé, ledit caisson de corps comprenant des vitres transparentes au laser du profilomètre laser permettant de conserver l'intégralité du signal lumineux.
Selon une caractéristique particulière, le ventilateur mécanique à pression négative comprend un caisson de tête apte à être utilisé comme chambre d'inhalation pour l'administration de divers agents, ou pour générer une pression positive de fin d'expiration permettant de faciliter l'ouverture des voies aériennes du mammifère lors de sa respiration.
Selon une caractéristique additionnelle, le dispositif comprend un pneumotachographe permettant de mesurer le débit ventilatoire effectif du mammifère.
Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend une caméra vidéo reliée aux moyens de traitement, permettant ainsi de visualiser la position du mammifère ainsi que la répartition des points de mesure créés par le profilomètre laser sur ledit mammifère.
Selon une caractéristique supplémentaire, le dispositif comprend un vaporisateur ou nébuliseur adapté pour administrer, par inhalation, une drogue au mammifère.
Selon une caractéristique particulière, la drogue est un agent analgésique, anesthésique, ou un bronchomoteur.
Selon une caractéristique additionnelle, le dispositif comprend un ventilateur mécanique à pression positive permettant de faciliter l'ouverture des voies aériennes du mammifère lors de sa respiration. . De préférence, le dispositif comprend un ventilateur mécanique à pression positive continue permettant de faciliter l'ouverture des voies aériennes du mammifère lors de sa respiration. Selon un autre aspect, l'invention consiste en un procédé de mesure et /ou d'assistance de l'activité respiratoire d'un mammifère avec le dispositif précédemment décrit, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- projeter au moins un faisceau lumineux avec le profilomètre laser de manière à créer au moins trois points de mesure répartis sur une zone du corps du mammifère incluant la cage thoracique et l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure au cours de la respiration.
Par assistance de l'activité respiratoire d'un mammifère, on comprendra qu'il peut s'agir à la fois :
- d'assister l'activité respiratoire d'un mammifère qui possède une activité respiratoire spontanée ; ou
- de réanimer un mammifère qui ne possède plus d'activité respiratoire spontanée en lui imposant des mouvements d'inspiration et d'expiration.
Selon une caractéristique optionnelle, le procédé comprend les étapes suivantes :
- imposer une activité respiratoire forcée au mammifère avec le ventilateur ;
- projeter au moins un faisceau lumineux avec le profilomètre laser de manière à créer au moins trois de points de mesure répartis longitudinalement par rapport au corps du mammifère sur une zone dudit corps dudit mammifère comprenant la cage thoracique et l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure au cours de la respiration du mammifère ;
- détecter une respiration spontanée du mammifère par détection d'une variation de la position des points de mesure ne correspondant pas à la variation de position des points de mesure imposée par l'activité respiratoire forcée imposée par le ventilateur.
Selon une autre caractéristique, le procédé comprend les étapes suivantes : - projeter au moins un faisceau lumineux avec le profilomètre laser de manière à créer des points de mesure répartis transversalement et/ou longitudinalement par rapport au corps du mammifère sur une zone dudit corps dudit mammifère comprenant la cage thoracique et/ou l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure au cours de la respiration du mammifère ;
- détecter un début de mouvement d'inspiration ou d'expiration spontanée du mammifère par détection d'une variation de la position des points de mesure ;
- assister la respiration du mammifère par activation d'un mouvement d'inspiration forcée si le mouvement du mammifère détecté est une inspiration spontanée, ou un mouvement d'expiration forcée si le mouvement du mammifère détecté est une expiration spontanée.
Selon une caractéristique additionnelle, le procédé comprend les étapes suivantes :
- installer un pneumotachographe permettant de mesurer un débit d'air entrant et sortant du mammifère ;
- projeter au moins un faisceau lumineux avec le profilomètre laser de manière à créer au moins trois points de mesure répartis longitudinalement par rapport au corps du mammifère sur une zone dudit corps du mammifère comprenant la cage thoracique et l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure au cours de la respiration du mammifère ;
- détecter une éventuelle apnée du mammifère par détection d'aucune variation dans la position des points de mesure, et/ou par mesure d'un débit d'air entrant et sortant nul .
Selon une caractéristique supplémentaire, le procédé comprend les étapes suivantes :
- projeter au moins un faisceau lumineux avec le profilomètre laser de manière à créer au moins trois points de mesure répartis longitudinalement par rapport au corps du mammifère sur une zone dudit corps du mammifère comprenant la cage thoracique et l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure au cours de la respiration du mammifère ;
- déterminer un nœud de mesure situé au niveau du point de mesure dont la variation de position au cours de la respiration du mammifère est la plus faible ; - définir deux catégories de points de mesure, chacune des catégories comprenant les points de mesure situés d'un côté du nœud de mesure ;
- calculer un indice de synchronisme du mouvement respiratoire du mammifère.
Selon une caractéristique particulière, le procédé comprend les étapes suivantes :
- installer un pneumotachographe permettant de mesurer un débit d'air entrant et sortant du mammifère ;
- projeter au moins un faisceau lumineux avec le profilomètre laser de manière à créer au moins trois points de mesure répartis sur une zone du corps du mammifère incluant la cage thoracique et/ou l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure au cours de la respiration.
- mesurer la résistance des voies respiratoires du mammifère par mesure d'un déphasage temporel entre la variation de position des points de mesure au cours de la respiration du mammifère et la variation du débit d'air entrant et sortant mesuré par le pneumotachographe.
Selon un autre aspect, l'invention consiste en un procédé d'assistance de l'activité respiratoire d'un mammifère comprenant les étapes suivantes :
- placer la partie inférieure à la tête du mammifère dans un caisson de corps hermétique d'un ventilateur mécanique à pression négative ;
- établir la pression à l'intérieur du caisson de corps à une première pression qui est égale à la pression atmosphérique ;
- diminuer la pression à l'intérieur du caisson de corps de la première pression jusqu'à une seconde pression qui est inférieure à la première pression ;
- augmenter la pression à l'intérieur du caisson de corps de la seconde pression jusqu'à la première pression ;
les étapes de diminution et d'augmentation de la pression à l'intérieur du caisson de corps étant répétées de sorte à imposer un mouvement d'inspiration et d'expiration forcé au mammifère.
Selon une caractéristique supplémentaire, le procédé d'assistance de l'activité respiratoire du mammifère comprend l'étape suivante :
- effectuer une mesure pléthysmographique de l'activité respiratoire du mammifère en mesurant les variations de pression à l'intérieur du caisson de corps de manière à mesurer la variation du volume dudit mammifère.
DESCRIPTIF DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1 représente un schéma de principe d'un premier mode de réalisation de l'invention ;
les figure 2a et 2b représentent chacune un schéma détaillant le faisceau lumineux émis par le profilomètre laser ;
la figure 3 représente le principe de fonctionnement d'un procédé d'utilisation du premier mode de réalisation de l'invention ;
la figure 4 représente un schéma de principe d'un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
la figure 5 représente un schéma de principe d'un troisième mode de réalisation de l'invention ;
la figure 6 représente un schéma de principe d'un quatrième mode de réalisation de l'invention ;
Les figures 7a - 7d représentent l'induction de l'arrêt respiratoire ;
- Les figures 8a - 8d représentent la détection des activités spontanées pendant la ventilation mécanique ;
La figure 9 représente un schéma du protocole d'une première expérience selon une deuxième mise en œuvre ;
La figure 10 représente un schéma de fonctionnement du ventilateur pendant la seconde expérience de la deuxième mise en œuvre.
DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION
DETAILLES Selon un premier mode de réalisation de l'invention, comme représenté sur la figure 1, un souriceau est disposé sur un support à l'intérieur d'un ventilateur mécanique à pression négative 3, le souriceau 2 pouvant être placé sur le ventre ou sur le dos.
Plus précisément, le corps du souriceau 2 est disposé dans un caisson de corps 30 du ventilateur mécanique à pression négative 3, et la tête dudit souriceau est disposée dans un caisson de tête 32. Le caisson de corps 30 et le caisson de tête 32 sont tous les deux hermétiques.
Le caisson de corps 30 et le caisson de tête 32 sont hermétiquement séparés par une cloison hermétique 31 au travers de laquelle le cou du souriceau 2 sera inséré.
Afin de contrôler la pression à l'intérieur du caisson de corps 30, le ventilateur mécanique à pression négative 3 comprend :
- un ensemble de génération de pression 35 qui est relié au caisson de corps 30 et à un contrôleur 37 ;
- un contrôleur 37 qui contrôle l'ensemble de génération de pression 35 ;
- un capteur de pression 38 qui mesure la pression à l'intérieur du caisson de corps 30 et du caisson de tête 32, et qui est relié au contrôleur 37 ;
- des moyens de traitement 5 qui sont reliés au contrôleur 37.
L'ensemble de génération de pression 35 est composé de trois sous-ensembles de génération de pression 35- 1, 35,2 et 35-3. Le sous-ensemble de génération de pression 35- 1 permet de générer une pression PI à l'intérieur du caisson de corps 30 et est composé d'une pompe 35- la qui permet de générer une pression, d'un régulateur de pression 35- lb, d'un volume mort 35- lc et d'une électrovanne 35- ld .
Le sous ensemble de génération de pression 35-2 permet de générer une pression P2 négative (inférieure à la pression PI) à l'intérieur du caisson de corps et est composé d'une pompe 35-2a qui permet de générer une pression, d'un régulateur de pression 35-2b, d'un volume mort 35-2c et d'une électrovanne 35-2d .
Le sous-ensemble de génération de pression 35-3 permet de générer une pression P3 positive (supérieure ou égale à la pression PI) à l'intérieur du caisson de tête 32 et est composé d'une pompe 35-3a qui permet de générer une pression, d'un régulateur de dépression 35- 3b, d'un régulateur de température et d'humidité 35-3e qui sont relié au caisson de tête 31 par une entrée d'air 33. Le sous ensemble de génération de pression 35-3 comprend également une résistance à l'écoulement variable 35-3f qui est disposé en aval d'une sortie d'air 34 du caisson de tête 32.
L'ensemble de génération de pression 35 permet donc d'établir la pression à l'intérieur du caisson de tête 32 à la pression P3 et permet de faire circuler de l'air à température et hygrométrie contrôlées à l'intérieur dudit caisson de tête 32 par l'entrée d'air 33 et la sortie d'air 34. L'ensemble de génération de pression 35 permet également de faire varier la pression à l'intérieur du caisson de corps 30 entre la pression PI et la pression P2.
L'ensemble de génération de pression 35 permet de maintenir une pression positive P3 à l'intérieur du caisson de tête ce qui facilite la respiration et permet de provoquer artificiellement l'inspiration du souriceau 2 grâce à l'ouverture des voies aériennes du souriceau 2, selon le principe de la Ventilation en Pression Positive Continue (ou Constant Positive Airway Pressure, CPAP, selon la terminologie anglo- saxonne bien connue). Par pression positive on entend ici que la pression à l'intérieure du caisson de tête 32 est supérieure à la pression à l'intérieure du caisson de corps 30. L'ensemble de génération de pression 35 permet également de maintenir une pression négative P2 à l'intérieur du caisson de corps 30, ce qui facilite la respiration du souriceau 2 lorsque celle-ci est présente spontanément mais insuffisante, selon le principe de la Pressino Extrathoracique Négative Continue (ou Constant Négative Extra-thoracic Pressure, CNEP, selon la terminologie anglo-saxonne bien connue). L'ensemble de génération de pression 35 permet enfin de provoquer artificiellement l'inspiration du souriceau par la variation de la pression dans le caisson de corps 30 de la pression PI à la pression P2, et l'expiration du souriceau 2 par la variation de la pression dans le caisson de corps 30 de la pression P2 à la pression Pl.
Le capteur de pression 38 permet au contrôleur 37 de connaître la pression à l'intérieur du caisson de corps 30 et de commander, en fonction de cette pression, l'ensemble de génération de pression 35. On comprendra qu'il est également possible de laisser le souriceau 2 respirer spontanément sans l'assister avec le ventilateur mécanique à pression négative 3.
On comprendra également que le dispositif selon l'invention n'est pas limité à une utilisation sur des souriceaux 2, mais qu'il peut être utilisé pour d'autres mammifères. L'homme du métier comprendra qu'afin d'utiliser le dispositif selon l'invention, il est nécessaire d'adapter la taille des différents éléments constituant ledit dispositif.
Afin de caractériser l'activité respiratoire du souriceau 2, des moyens de caractérisation sont disposés autour du caisson de corps 30, lesdits moyens de caractérisation comprenant :
un profilomètre laser 1 relié au contrôleur 37 et aux moyens de traitement 5, qui projette au moins un faisceau lumineux 11 sur le thorax et l'abdomen du souriceau 2. Ce faisceau lumineux 11 comprend au moins trois faisceaux élémentaires 111, 112 et 113 qui sont dirigés sur trois endroits du souriceau 2, formant ainsi trois points de mesure 12 sur le souriceau 2. De préférence, le faisceau lumineux 11 comprend 20 faisceaux élémentaires qui sont répartis sur le thorax et l'abdomen du souriceau 2.
une caméra vidéo 4 reliée au contrôleur 37 et aux moyens de traitement 5, qui filme le souriceau 2 afin de pouvoir visualiser sa position et la position des points de mesures 12 sur le souriceau 2. La caméra vidéo 4 permet de filmer le souriceau 2 simultanément avec la mesure profilomètrique assurée par le profilomètre laser 1, permettant ainsi de déterminer la zone de mesure utile des déformations respiratoires thoraco- abdominales par rapport à des repères anatomiques du souriceau 2, depuis la base du cou jusqu'au pubis du souriceau 2, et d'observer et détecter d'éventuels mouvements non- respiratoires du souriceau 2. Pour permettre le couplage du ventilateur mécanique à pression négative 3 avec le profilomètre laser 1, le caisson de corps 30 du ventilateur mécanique à pression négative 3 comporte au moins une vitre transparente au laser du profilomètre laser 1, permettant ainsi au faisceau lumineux 11 traversant cette vitre (tant incident - de la source laser vers le souriceau 2, que réfléchi - des points de mesure 12 vers le profilomètre laser 1) de conserver l'intégralité du signal lumineux. De préférence, la vitre est de type N-BK7 qui comprend deux faces sur lesquelles ont été appliqué un traitement antireflets spécifique pour la longueur d'onde 405 nm, qui est la longueur d'onde du faisceau lumineux 11 du profilomètre laser 1.
Le profilomètre laser 1 permet de recueillir l'image des points de mesures 12 sur le souriceau 2, de mesurer en continu la position desdits points de mesures 12, et ainsi de pouvoir mesurer la déformation de la paroi thoraco-abdominal du souriceau 2 au niveau des points de mesures 12. Plus précisément, la position des points de mesure 12 est mesurée en mesurant la distance entre chacun desdits points de mesure 12 et le profilomètre laser 1.
Le contrôleur 37, étant relié à la caméra 4 et au profilomètre laser 1, utilise les données dudit profilomètre laser 1 et de ladite caméra 4 pour ajuster la pression dans le caisson de corps 30 par le biais de l'ensemble de génération de pression 35 en fonction des mouvements respiratoires du souriceau 2.
Le contrôleur 37 est relié aux moyens de traitement 5 afin de leur transmettre la valeur des commandes envoyées par le contrôleur 37 à l'ensemble de génération de pression 35.
Les moyens de traitement 5, étant reliés au profilomètre laser 1 et à la caméra 4, recueillent les données dudit profilomètre laser 1 et de ladite caméra 4, permettant ainsi de stocker ces données, de caractériser l'activité respiratoire du souriceau 2, et d'afficher les données recueillies et le résultat de cette caractérisation à l'expérimentateur sur un moyen d'affichage (non représenté sur les figures). Ces caractéristiques de l'activité respiratoire du souriceau 2 comprennent les caractéristiques des mouvements thoraco-abdominaux, incluant la fréquence et l'amplitude des mouvements, de l'éventuel asynchronisme entre les mouvements thoraciques et abdominaux, et de l'éventuelle obstruction des voies aériennes du souriceau 2.
Le profilomètre laser 1 comprend une source laser et des moyens optiques permettant de projeter sur le souriceau 2 un faisceau lumineux 11 qui forme sur le souriceau 2 un ensemble de points de mesure 12 répartis sur le thorax et l'abdomen du souriceau 2.
De préférence, le profilomètre laser 1 comprend une source laser et des moyens optiques permettant de projeter sur le souriceau 2 un faisceau lumineux 11 qui forme sur le souriceau 2 au moins 3 points de mesure 12, dont au moins un point de mesure 12 est situé sur le thorax du souriceau 2, au moins un point de mesure 12 est situé sur l'abdomen du souriceau 2, et au moins un point de mesure 12 est situé à la frontière entre le thorax et l'abdomen du souriceau 2.
Les moyens optiques du profilomètre laser 1 sont adaptés pour former un faisceau lumineux 11 qui forme de manière désirée plusieurs points de mesure 12 sur le souriceau 2 selon plusieurs variantes :
- comme représenté sur la figure 2a, les points de mesure 12 constituent sur le souriceau 2 une ou plusieurs lignes discontinues (les points de mesure 12 étant répartis d'une manière discrète sur le souriceau 2) . Dans ce cas les faisceaux élémentaires 111, 112 et 113 du faisceau 11 émis par les moyens optiques du profilomètre 1 sont des faisceaux 111,
112 et 113 ponctuels séparés ;
- ou, comme représenté sur la figure 2b, les points de mesure 12 constituent sur le souriceau 2 une ou plusieurs lignes continues. Dans ce cas les faisceaux élémentaires 111, 112,
113 du faisceau 11 émis par les moyens optiques du profilomètre 1 sont rassemblés en une nappe lumineuse qui rencontre la surface du souriceau 2 en formant une ligne lumineuse continue de points de mesure 12.
D'une manière avantageuse mais non limitative, le profilomètre laser 1 peut être un profilomètre de modèle Keyence LJ-V7080 associé avec un contrôleur U-V7001 P, qui est lui-même couplé à un micro- contrôleur FRDM-KL25Z.
Le fait de créer au moins trois points de mesure 12, dont au moins un point est situé sur le thorax du souriceau 2, au moins un point est situé sur l'abdomen du souriceau, et au moins un point est situé à la frontière entre l'abdomen et le thorax dudit souriceau 2, permet de séparer l'activité respiratoire du souriceau 2 en deux zones distinctes que sont l'abdomen et le thorax en déterminant un nœud de mesure.
Ce nœud de mesure est déterminé en identifiant le point de mesure dont la position varie le moins durant la respiration du souriceau 2.
En ayant déterminé ce nœud de mesure, les points de mesures sont divisés en deux catégories, une première catégorie qui correspond au thorax du souriceau 2 et qui est située entre le nœud et la tête du souriceau, une seconde catégorie qui correspond à l'abdomen du souriceau 2 et qui est située entre le nœud et le pubis du souriceau . Afin de localiser plus finement la délimitation du compartiment abdominale et thoracique, le nombre de point de mesure 12 est au moins égale à cinq, dont deux points de mesure 12 sont situés sur l'abdomen du souriceau 2, deux points de mesure sont situés sur le thorax dudit souriceau 2, et un point de mesure 12 est situé entre le thorax et l'abdomen dudit souriceau 2.
Afin d'augmenter encore la précision des données anatomiques sur la localisation des compartiments, on peut projeter au moins vingt points de mesure 12 sur le thorax et l'abdomen du souriceau 2.
Afin d'obtenir une précision particulièrement élevée, on peut encore augmenter le nombre de points de mesure 12 répartis sur le souriceau 2 en projetant au moins 800 points de mesure 12. Les points de mesure 12 peuvent être répartis d'une manière homogène ou non-homogène sur le souriceau 2. De préférence les points de mesures 12 sont répartis d'une façon non homogène sur la surface thoraco-abdominale du souriceau 2 en étant concentrés dans les zones de fortes déformations sur la surface thoraco-abdominale du souriceau 2.
On comprendra en effet qu'un problème résolu par cette invention est l'absence de repères anatomiques sur le souriceau 2 permettant de distinguer clairement le compartiment thoracique d'avec le compartiment abdominal . Ainsi, on comprendra que plus le nombre de points de mesure 12 répartis sur la surface thoraco-abdominale du souriceau 2, plus la délimitation des compartiments est précise.
L'invention porte également sur un procédé de mesure de l'activité respiratoire d'un mammifère comprenant les étapes suivantes :
- projeter au moins un faisceau lumineux 11 avec le profilomètre laser 1 sur le souriceau 2 de manière à créer au moins une ligne d'au moins trois points de mesure 12 répartis sur une zone du corps du souriceau 2 incluant la cage thoracique et l'abdomen dudit souriceau 2 ;
- mesurer la position des points de mesure 12 au cours de la respiration du souriceau 2.
La somme algébrique des déplacements de tous les points de mesure 12 fournit un signal respiratoire périodique dont on peut calculer la fréquence et estimer l'amplitude. Une variante de ce procédé de mesure comprend les étapes suivantes :
- projeter au moins un faisceau lumineux 11 avec le profilomètre laser 1 sur le souriceau 2 de manière à créer au moins une ligne de points de mesure 12 disposés transversalement sur la cage thoracique du souriceau 2 de sorte qu'une partie de la ligne de points de mesure 12 soit située sur un premier hémitorax du souriceau 2, et qu'une autre partie de la ligne de points de mesure 12 soit située sur un second hémithorax du souriceau 2 ; - mesurer la position des points de mesure 12 au cours de la respiration du souriceau 2 ;
- comparer la somme algébrique des déplacements des points de mesure 12 situés sur le premier hémithorax avec la somme algébrique des déplacements des points de mesure 12 situés sur le second hémithorax en fonction du temps. Une différence entre ces deux sommes algébriques traduit la présence d'une asynchronie entre les deux hémithorax du souriceau 2.
Une première variante d'un premier procédé d'utilisation du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention comprend les étapes suivantes :
installer le souriceau 2 à l'intérieur du ventilateur mécanique à pression négative 3 de manière à assister la respiration du souriceau 2 en forçant l'activité respiratoire du souriceau 2 ; - projeter un faisceau lumineux 11 avec le profilomètre laser 1 sur le souriceau 2 de manière à créer une ligne de points de mesure 12 transversale au corps dudit souriceau 2 ;
mesurer la position des points de mesures 12 au cours de la respiration du souriceau 2 ;
- détecter une respiration spontanée du souriceau 2 par détection d'une variation de la position des points de mesure 12 ne correspondant pas à la variation de position imposée par l'activité respiratoire forcée. Une deuxième variante du premier procédé d'utilisation du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention comprend les étapes suivantes :
installer le souriceau 2 à l'intérieur du ventilateur mécanique à pression négative 3 de manière à assister la respiration du souriceau 2 en forçant l'activité respiratoire du souriceau 2 ; projeter un faisceau lumineux 11 avec le profilomètre laser 1 sur le souriceau 2 de manière à créer une ligne de points de mesure 12 longitudinalement par rapport au corps dudit souriceau 2 ; mesurer la position des points de mesures 12 au cours de la respiration du souriceau 2 ;
- détecter une respiration spontanée du souriceau 2 par détection d'une variation de la position des points de mesure 12 ne correspondant pas à la variation de position imposée par l'activité respiratoire forcée.
Une troisième variante du premier procédé d'utilisation du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention comprend les étapes suivantes :
installer le souriceau 2 à l'intérieur du ventilateur mécanique à pression négative 3 de manière à assister la respiration du souriceau 2 en forçant l'activité respiratoire du souriceau 2 ; - projeter un faisceau lumineux 11 avec le profilomètre laser 1 sur le souriceau 2 de manière à créer au moins une ligne de points de mesure 12 longitudinalement par rapport au corps dudit souriceau 2, et au moins une ligne de points de mesure 12 transversalement par rapport au corps dudit souriceau 2 ;
- mesurer la position des points de mesures 12 au cours de la respiration du souriceau 2 ;
- détecter une respiration spontanée du souriceau 2 par détection d'une variation de la position des points de mesure 12 ne correspondant pas à la variation de position imposée par l'activité respiratoire forcée.
Ce premier procédé d'utilisation permet de détecter une respiration spontanée du souriceau 2 lorsque celui-ci est sous assistance respiratoire, permettant ainsi de déterminer s'il est possible de commencer un procédé de sevrage de l'assistance respiratoire.
Selon un deuxième procédé d'utilisation, élégamment appelé « déclenchement » ou « trigger » selon la terminologie anglo-saxonne répandue, le dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention permet de détecter les activités respiratoires spontanées du souriceau 2 et de déclencher le ventilateur mécanique à pression négative 3 uniquement lorsque le souriceau 2 entame un cycle respiratoire. Ce trigger permet de synchroniser le ventilateur mécanique à pression négative 3 et le souriceau 2, de manière à ce que leurs cycles respiratoires respectifs ne soient pas déphasés. De manière générale, l'asynchronisme entre le ventilateur et la respiration spontanée est une source de fatigue musculaire et d'inconfort respiratoire qui retarde le sevrage. De plus, la détection des activités respiratoires spontanées du souriceau 2 permet de diminuer corrélativement l'assistance respiratoire et procéder ainsi au sevrage.
Selon une première variante, ce second procédé d'utilisation du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention, le procédé trigger, comprend les étapes suivantes :
installer le souriceau 2 sous une potentielle assistance respiratoire en utilisant le ventilateur mécanique à pression négative 3 ;
- créer une ligne de points de mesures 12 en projetant un faisceau lumineux 11 avec le profilomètre laser 1, la ligne de points de mesure 12 étant une ligne longitudinale par rapport au corps du souriceau 2 couvrant le thorax et l'abdomen dudit souriceau 2 ;
mesurer la position des points de mesures 12 au cours de la respiration du souriceau 2 ;
- détecter à l'aide du contrôleur 37 un mouvement respiratoire d'inspiration ou d'expiration du souriceau 2, par détection d'une variation de la position des points de mesure 12, le mouvement respiratoire détecté étant une inspiration si la position des points de mesure 12 varie de sorte à se rapprocher du profilomètre laser 1, ou une expiration si la position des points de mesure 12 varie de sorte à s'éloigner du profilomètre laser 1 ;
assister à l'aide du contrôleur 37 et de l'ensemble générateur de pression 35 l'activité respiratoire du souriceau 2 en établissant la pression à l'intérieur du caisson de corps 30 à la pression P2 si le mouvement respiratoire détecté est une inspiration, , en établissant la pression à l'intérieur du caisson de corps 30 à la pression PI si le mouvement détecté est une expiration, et en établissant la pression à l'intérieur du caisson de tête 32 à la pression P3.
Selon une deuxième variante, ce second procédé d'utilisation du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention, le procédé trigger, comprend les étapes suivantes :
installer le souriceau 2 sous une potentielle assistance respiratoire en utilisant le ventilateur mécanique à pression négative 3 ;
- créer une ligne de points de mesures 12 en projetant un faisceau lumineux 11 avec le profilomètre laser 1, la ligne de points de mesure 12 étant une ligne transversale par rapport au corps du souriceau 2 couvrant soit le thorax soit l'abdomen dudit souriceau 2 ;
mesurer la position des points de mesures 12 au cours de la respiration du souriceau 2 ;
- détecter à l'aide du contrôleur 37 un mouvement respiratoire d'inspiration ou d'expiration du souriceau 2, par détection d'une variation de la position des points de mesure 12, le mouvement respiratoire détecté étant une inspiration si la position des points de mesure 12 varie de sorte à se rapprocher du profilomètre laser 1, ou une expiration si la position des points de mesure 12 varie de sorte à s'éloigner du profilomètre laser 1 ;
- assister à l'aide du contrôleur 37 et de l'ensemble générateur de pression 35 l'activité respiratoire du souriceau 2 en établissant la pression à l'intérieur du caisson de corps 30 à la pression P2 si le mouvement respiratoire détecté est une inspiration, en établissant la pression à l'intérieur du caisson de corps 30 à la pression PI si le mouvement détecté est une expiration, et en établissant la pression à l'intérieur du caisson de tête 32 à la pression P3.
Selon une troisième variante, ce second procédé d'utilisation du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention, le procédé trigger, comprend les étapes suivantes :
installer le souriceau 2 sous une potentielle assistance respiratoire en utilisant le ventilateur mécanique à pression négative 3 ;
- créer au moins deux lignes de points de mesures 12 en projetant un faisceau lumineux 11 avec le profilomètre laser 1, au moins une ligne de points de mesure 12 étant une ligne transversale par rapport au corps du souriceau 2 couvrant soit le thorax soit l'abdomen dudit souriceau 2, et au moins une ligne de points de mesure 12 étant une ligne longitudinale par rapport au corps du souriceau 2 couvrant le thorax et l'abdomen dudit souriceau 2 ;
mesurer la position des points de mesures 12 au cours de la respiration du souriceau 2 ;
- détecter à l'aide du contrôleur 37 un mouvement respiratoire d'inspiration ou d'expiration du souriceau 2, par détection d'une variation de la position des points de mesure 12, le mouvement respiratoire détecté étant une inspiration si la position des points de mesure 12 varie de sorte à se rapprocher du profilomètre laser 1, ou une expiration si la position des points de mesure 12 varie de sorte à s'éloigner du profilomètre laser 1 ;
- assister à l'aide du contrôleur 37 et de l'ensemble générateur de pression 35 l'activité respiratoire du souriceau 2 en établissant la pression à l'intérieur du caisson de corps 30 à la pression P2 si le mouvement respiratoire détecté est une inspiration, en établissant la pression à l'intérieur du caisson de corps 30 à la pression PI si le mouvement détecté est une expiration, et en établissant la pression à l'intérieur du caisson de tête 32 à la pression P3.
Ce second procédé d'utilisation permet d'assister l'activité respiratoire du souriceau 2 en adaptant l'assistance aux mouvements respiratoires spontanés du souriceau 2, ce qui permet de limiter les problèmes liés à une activité respiratoire forcée.
Le contrôleur 37 établit une pression P3 à l'intérieur du caisson de tête 32 qui est supérieure ou égale à la pression à l'intérieur du caisson de corps 30. Le contrôleur 37 établit dans le caisson de corps 30 une pression PI inférieure ou égale à la pression à l'intérieur du caisson de tête 32.
Comme illustré par la figure 3, lorsque le contrôleur 37 détecte un mouvement inspiratoire du souriceau 2 par le biais du profilomètre laser 1, le contrôleur 37 déclenche une phase d'inspiration forcée par l'ouverture temporaire de l'électrovanne 35-2d de manière à imposer dans le caisson de corps 30 une pression P2 inférieure à la pression PI et ainsi aider à l'expansion thoracique inspiratoire du souriceau 2. Le contrôleur 37 initie ensuite l'expiration du souriceau 2 en rétablissant la pression PI à l'intérieur du caisson de corps 30, par l'ouverture temporaire de l'électrovanne 35- ld .
Afin de pouvoir réaliser ce second procédé d'utilisation du premier mode de réalisation, les moyens de traitement 5 comprennent une mémoire dans laquelle dans laquelle sont sauvegardées des instructions relatives au second procédé d'utilisation . De plus, afin de réaliser les étapes de ce procédé, les moyens de traitement 5 comprennent un processeur relié à la mémoire.
La phase d'inspiration forcée doit être initiée dans un délai At inférieur à 30 millisecondes après le début du mouvement inspiratoire du souriceau 2 afin que l'assistance respiratoire coïncide avec l'activité inspiratoire spontanée. La séquence d'ouverture et de fermeture se fait à par le contrôleur 37 et les électrovannes 35-ld et 35-2d . La séquence d'ouverture et de fermeture des électrovannes 35-ld et 35-2d est déterminée de telle sorte que la durée et l'amplitude de l'inspiration du souriceau 2 soient conformes aux caractéristiques physiologiques de sa lignée au même âge. L'ajustement de cette séquence est effectuée grâce aux informations délivrées par le traitement rapide des signaux en provenance du profilomètre laser len temps réel sur le mouvement inspiratoire du souriceau 2 pendant la phase inspiratoire forcée dans une petite fenêtre de temps.
Le fait que la ligne de points de mesure 12 soit longitudinale par rapport au corps du souriceau 2 et couvrant le thorax et l'abdomen du souriceau 2 permet de détecter simultanément la déformation du thorax et de l'abdomen du souriceau 2.
Le fait que la ligne de points de mesure 12 soit transversale par rapport au corps du souriceau 2 permet dans certains cas de détecter des activités respiratoires spontanées de très faible amplitude.
Le deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 4, permet la détection des apnées.
Les apnées correspondent à une interruption du débit respiratoire pouvant atteindre plusieurs dizaines de secondes chez l'humain. Elles sont fréquentes chez les nouveau-nés prématurés ou à terme. On distingue deux catégories d'apnées : les apnées centrales et les apnées obstructives. Ce deuxième mode de réalisation reprend les éléments décrits ci- dessus à propos du premier mode de réalisation de l'invention.
La différence entre ces deux modes de réalisation tient au fait que dans le deuxième mode de réalisation le dispositif comprend un pneumotachographe 6 qui permet de mesurer le débit ventilatoire effectif du souriceau 2 et de détecter les apnées. Le pneumotachographe 6 peut être relié soit au caisson de tête 32, soit directement à la bouche du souriceau 2. La combinaison des données obtenues avec le profilomètre laser 1 avec les données obtenues par le pneumotachographe 6 permet de classifier les apnées en déterminant si une apnée est une apnée centrale ou une apnée obstrusive. Les apnées centrales sont dues à l'interruption de la commande des muscles respiratoires. On ne constate ni mouvement thoraco- abdominal, ni débit respiratoire. Les apnées obstructives sont dues à l'obstruction des voies aériennes supérieures. On ne constate aucun débit respiratoire, mais les muscles respiratoires sont activés périodiquement et déforment la paroi thoraco-abdominale. Il est important de faire la distinction entre les apnées centrales et obstructives, car n'ayant pas les mêmes causes, elles ne doivent pas être traitées de la même façon.
Si les voies aériennes se ferment complètement, le mammifère s'arrête temporairement de respirer : il fait une apnée obstructive. Lorsque les tissus bloquent complètement les voies aériennes supérieures, ils empêchent le mammifère de respirer au risque de provoquer une asphyxie.
Chez les mammifères nouveau-nés, l'incapacité à se lever les empêche de déboucher / débloquer les voies aériennes supérieures.
Chaque obstruction prive le corps d'oxygène et le force à garder du dioxyde de carbone qu'il expulserait normalement lors de l'expiration. Ainsi, l'équilibre gazeux du sang est perturbé et le corps est exposé à un environnement "toxique".
Ces obstructions entraînent également une augmentation du rythme cardiaque et de la pression artérielle, et éventuellement affaiblissent la capacité de réaction du corps, ce qui se traduit par des apnées et hypopnées de plus en plus sévères, qui peuvent être létales pour les nouveaux nés.
Le signe de cette apnée est une déformation asynchrone de la cage thoracique et de l'abdomen du mammifère, qui reflète une obstruction des voies aériennes.
L'apnée centrale, est un syndrome plus rare que l'apnée obstructive. Cependant, chez les prématurés elle est plus fréquente que l'apnée obstructive. Elle survient quand le cerveau omet d'émettre un signal aux muscles respiratoires pour initier la respiration. Contrairement à une obstruction dans la gorge, c'est le cerveau qui cause l'apnée centrale. Cela est parfois dû à un dommage neurologique tel qu'un accident cérébro-vasculaire (ACV) ou à une défaillance cardiaque.
La présence du pneumotachographe 6 dans le dispositif selon le deuxième mode de réalisation permet également de détecter si le souriceau 2 est en apnée obstructive, dans le cas où le profilomètre laser 1 détecte bien des mouvements respiratoires du souriceau 2 tandis que le pneumotachographe 6 ne détecte aucun débit ventilatoire.
La présence du pneumotachographe 6 dans le dispositif selon le deuxième mode de réalisation permet également de détecter si le souriceau 2 est en apnée centrale, dans le cas où le profilomètre laser 1 ne détecte aucun mouvement respiratoire du souriceau 2 et que le pneumotachographe 6 ne détecte aucun débit ventilatoire. Un premier procédé d'utilisation du dispositif selon le deuxième mode de réalisation comprend les étapes suivantes :
installer un pneumotachographe 6 relié au caisson de tête 32 ou à la bouche du souriceau 2 ;
projeter avec le profilomètre laser 1 au moins un faisceau lumineux 11 créant ainsi une ligne de points de mesure 12 répartis longitudinalement par rapport au corps du souriceau 2 sur une zone dudit corps du souriceau 2 comprenant la cage thoracique et l'abdomen ;
mesurer la position des points de mesure 12 au cours de la respiration du souriceau 2 ;
Si aucune variation de la position des points de mesure n'est détectée, il s'agit d'une apnée centrale. Si il y a une absence de débit respiratoire mesuré par le pneumotachographe 6, combiné à la présence de variations de la position d'au moins un point de l'ensemble des points de mesure est détectée, il s'agit d'une apnée obstructive. Certains signes cliniques chez le nouveau-né humain découlent d'une analyse différenciée des mouvements respiratoire thoracique et abdominal (comme le balancement thoraco-abdominal, qui désigne le déphasage, voire l'opposition de phase complète entre ces mouvements). Les mesures correspondantes sont obtenues chez l'humain à l'aide de deux capteurs positionnés à l'aide de repère anatomiques connus (mamelons et nombril). Ces repères ne sont pas directement transposables chez le souriceau, ce qui rend difficile la comparaison avec le nouveau-né humain et partant de la validation des modèles de pathologies humaines.
Un procédé d'utilisation du dispositif selon l'un quelconque des modes de réalisation, également appelé « séparateur », comprend la mise en œuvre d'un algorithme permettant de diviser la zone sur laquelle est projetée le faisceau de points de mesure 11 en des parties thoracique et abdominale indépendantes.
Afin de mettre en œuvre l'algorithme, les moyens de traitement 5 comprennent une mémoire dans laquelle son sauvegardées des instructions relatives à l'algorithme. De plus, afin de réaliser les étapes de l'algorithme, les moyens de traitement 5 comprennent un processeur relié à la mémoire. L'algorithme mis en œuvre dans ce procédé utilise comme données d'entrée la distance entre les points de mesure 12 et le profilomètre laser 1 au cours du temps, ces données étant fournies par le profilomètre laser 1. L'algorithme a comme données de sortie la position d'un nœud de mesure, qui délimite la frontière entre la cage thoracique et l'abdomen du souriceau 2.
La délimitation des parties, ou compartiments, thoracique et abdominal s'effectue grâce à la détermination d'un nœud (au sens des cordes vibrantes) de mesure parmi les points de mesure 12. Ce nœud de mesure correspond au minimum d'amplitude des variations de déplacement au cours de la respiration lorsque les mouvements des compartiments thoracique et abdominal présentent un déphasage. De part et d'autre du nœud de mesure se trouvent ainsi deux catégories de points de mesure 12, une première catégorie se rapportant à la cage thoracique, et une seconde catégorie se rapportant à l'abdomen.
Le procédé d'utilisation d'un dispositif selon l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention, le procédé « séparateur », comprend les étapes suivantes :
projeter un faisceau lumineux 11 de manière à créer une ligne d'au moins points de mesure 12 avec le profilomètre laser 1 sur une zone du corps du souriceau 2 incluant la cage thoracique et l'abdomen ;
mesurer la position des points de mesure 12 au cours de la respiration du souriceau 2 ; - déterminer un nœud de mesure situé au niveau du point de mesure 12 dont la variation de position au cours de la respiration du souriceau 2 est la plus faible ;
- définir deux catégories de points de mesure 12, chacune des catégories comprenant les points de mesure 12 situés d'un côté du nœud de mesure.
Le dispositif selon l'invention, ainsi que le procédé « séparateur » tel que décrit précédemment, permettent d'exploiter la possibilité de décrire les mouvements respiratoires du souriceau 2 sur toute la longueur de l'appareil thoraco-pulmonaire dudit souriceau 2. Ces informations permettent de définir objectivement la limite de deux compartiments, thoracique et abdominale. Avantageusement, cette délimitation permet d'évaluer avec une meilleure précision les asynchronismes dans les mouvements respiratoires du souriceau 2 selon les mêmes critères que chez le nouveau-né humain.
L'asynchronisme thoraco-abdominal révèle la présence d'obstruction des voies aériennes et constitue un indice utile de la fonction respiratoire.
Son calcul par les moyens de traitement 5 repose d'une part sur une délimitation anatomique du compartiment thoracique et du compartiment abdominal, et d'autre part sur une quantification du déphasage entre leurs mouvements respectifs.
Lorsque les mouvements respiratoires du compartiment thoracique et du compartiment abdominal présentent un déphasage, on observe un nœud à la limite entre les deux compartiments, qui présente un minimum de déplacement. Le nœud thoraco-abdominal est recherché en déterminant le signal présentant le minimum d'amplitude dans le déplacement des points de mesure projeté sur le souriceau 2 par le profilomètre laser 1. Ce nœud délimite le compartiment thoracique et le compartiment abdominal.
L'indice de synchronisme de l'activité respiratoire peut être calculé par les moyens de traitement 5 de la manière suivante :
- définir une ligne d'au moins trois points de mesure 12 répartie longitudinalement par rapport au corps du souriceau 2 sur une zone dudit corps du souriceau 2 comprenant la cage thoracique et l'abdomen ; mesurer la position des points de mesure 12 au cours de la respiration ;
- déterminer un nœud de mesure situé au niveau du point de mesure 12 dont la variation de position au cours de la respiration du souriceau 2 est la plus faible ;
- définir deux catégories de points de mesure 12, chacune des catégories comprenant les points situés d'un côté du nœud de mesure ;
- déterminer le sens de variation de la position des points de mesure 12 pour chacune des catégories de points de mesure ;
- comparer le résultat de l'étape précédente entre les deux catégories de points de mesure 12.
Avantageusement, l'étape de détermination du sens de variation de la position des points de mesure pour chacune des catégories de points de mesure peut être calculée à partir des mesures fournies par le profilomètre 1 en chaque point de mesure 12 et à chaque instant, de la manière suivante :
- à chaque instant, et en chaque point de mesure 12, déterminer la dérivée partielle par rapport au temps de la position de chaque point de mesure 12 pour chacune des deux catégories de points de mesure 12 ;
- déterminer la fonction signe des dérivées partielles en définissant que si la dérivée est négative sa valeur est - 1 , et si la dérivée est positive, sa valeur est 1 ;
- calculer la somme des valeurs de la fonction signe des dérivées partielles sur l'ensemble des points de mesure 12 ;
- diviser cette somme par le nombre de points de mesure 12 ;
- déterminer la valeur absolue du résultat obtenu à l'étape précédente, la valeur absolue du résultat obtenu à l'étape précédente représente la proportion de points de mesure 12 se déplaçant dans le même sens au cours de la respiration, et fournit donc une mesure de l'asynchronisme respiratoire.
Une variante possible du calcul de l'indice de l'asynchronisme de l'activité respiratoire peut être que le signe de chacune des dérivées partielles est pondéré par la valeur absolue de la variation de la position du point de mesure 12 correspondant à la dérivée partielle au cours de la respiration . Ainsi, dans le cas où le procédé est réalisé avec 800 points de mesure 12, l'indice d'asynchronisme se calcule de la manière suivante : • Soit L(Xj, t), pour /' = 1,..,800 la mesure thoraco-abdominale au point x„ à l'instant t
• Calcul du signe S(x„- t) de la dérivée partielle dL(x„t)/ dt en chaque point x, :
S(Xi,t) = sgn [dL(Xi,t)/ dt] = 1 au point x„ i = 1,..,800 pour dL(xi,t)/ dt > 0 (mouvement d'expiration)
S(xi,t) = sgn [dL(xi,t)/ dt] = -1 au point xi, i = 1,..,800 pour dL(xi,t)/ dt < 0 (mouvement d'inspiration)
Le degré de synchronisme A(t) du mouvement respiratoire global à l'instant t est estimé par la proportion (en valeur absolue) de points se déplaçant dans le même sens à l'instant t, soit :
Figure imgf000029_0001
L'indice d'asynchronisme permet d'évaluer les variations des déformations thoraco-abdominales. Le traitement du signal enregistré permet un meilleur calcul de l'indice d'asynchronisme grâce à la suppression des zones d'apnées et de mouvements.
Dans un autre mode de réalisation, d'autres paramètres peuvent être pris en compte dans l'équation de calcul de l'indice d'asynchronisme : fréquence respiratoire, amplitude, volume..., délai entre l'initiation de l'ampliation thoracique et abdominale, déphasage entre les mouvements thoracique et abdominal, pourcentage de la durée des cycles respiratoire pendant lequel les volumes du compartiment thoracique et le compartiment abdominal varient en sens opposé
Dans ce procédé d'utilisation du dispositif selon l'invention, le traitement des données prend en compte les données du profilomètre laser 1.
Dans un autre mode de réalisation le traitement des données prend en compte les données du profilomètre laser 1 et du pneumotachographe 6. Les données du pneumotachographe 6 sont utiles pour quantifier les variations des volumes du compartiment thoracique et du compartiment abdominal au cours de la respiration du souriceau 2. Ainsi, les données du pneumotachographe 6 peuvent être utilisées pour le calcul de l'indice d'asynchronisme qui tient compte des volumes mobilisés par le souriceau 2, en plus du déphasage chronologique. Avantageusement, l'exploitation des données du profilomètre laser 1, qui fournit des informations sur la déformation de chaque compartiment, et les données du pneumotachographe 6, qui donne une indication précise sur les volumes mobilisés, permet d'obtenir un indice de l'asynchronisme qui fournit une information quantitative et qualitative sur les effets de l'asynchronisme en termes de volumes respiratoires mobilisés de manière précise.
La présence du pneumotachographe 6 dans le dispositif selon le deuxième mode de réalisation permet également de mesurer la résistance des voies aériennes. En effet, lorsque la résistance des voies aériennes augmente, l'inspiration et l'expiration de l'air par le souriceau 2 se produisent en retard par rapport aux mouvements réalisés par ledit souriceau 2.
En mesurant le déphasage temporel entre le moment où le souriceau 2 effectue un mouvement respiratoire (détection avec le profilomètre laser 1) et le moment où le pneumotachographe 6 mesure un débit ventilatoire, on peut ainsi mesurer la résistance des voies aériennes dudit souriceau 2.
Le troisième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 5, reprend les éléments décrits ci-dessus à propos du premier mode de réalisation de l'invention.
La différence entre ces deux modes de réalisation tient au fait que le caisson de tête 32 est utilisé comme chambre d'inhalation, et que pour ce faire, un vaporisateur ou un nébuliseur 8 est relié à l'entrée d'air 33.
Lorsque la partie inférieure du souriceau 2 est disposée dans le caisson de corps 30, la tête du souriceau est disposée dans le caisson de tête 32.
L'entrée d'air 33 est avantageusement couplée au vaporisateur ou au nébuliseur 8 qui adapté pour administrer une drogue par inhalation, de sorte qu'il soit possible d'administrer une drogue au souriceau 2 d'une manière non-invasive lorsqu'il est ventilé à l'aide du ventilateur mécanique à pression négative 3.
La drogue administrée peut être un surfactant pulmonaire, un corticoïde un agent analgésique, anesthésique, antibiotique, diurétique ou bronchomoteur, ou d'autre sorte de drogue suivant les essais à réaliser et leur susceptibilité d'être utilisée chez le nouveau-né humain. Selon une variante, le troisième mode de réalisation comporte également un pneumotachographe 6 qui permet de mesurer le débit ventilatoire en sortie de la bouche du souriceau 2. Lors de tests de traitements contre les maladies respiratoires,
(ces maladies respiratoires pouvant comprendre de façon non exhaustive : obstruction des voies aériennes, bronchites, apnées)sur des modèles de souriceaux 2, il est nécessaire d'utiliser le pneumotachographe 6, le profilomètre laser 1 et optionnellement le ventilateur mécanique à pression négative 3 afin d'administrer les drogues par inhalation .
La mise en fonctionnement du ventilateur mécanique à pression négative 3 est nécessaire dans le cas où la ventilation spontanée du souriceau 2 n'est pas suffisante. La mise en fonctionnement du ventilateur mécanique à pression négative 3 permet également de mieux contrôler l'exposition du souriceau 2 aux bronchodilatateurs, drogues, médicaments grâce à l'application d'une ventilation forcée et reproductible.
Le quatrième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 6, reprend les éléments décrits ci-dessus à propos du premier mode de réalisation de l'invention. La différence entre ces deux modes de réalisation tient au fait que le dispositif comporte un ventilateur mécanique à pression positive 7.
L'utilisation du ventilateur mécanique à pression positive 7 permet de combler le fait que le ventilateur mécanique à pression négative 3, bien qu'il permette d'assister la respiration du souriceau 2 d'une manière non invasive, ne permet pas de dégager les voies aériennes mécaniquement.
On comprendra donc qu'il est possible d'utiliser le dispositif selon le quatrième mode de réalisation de l'invention à la suite d'une détection d'une apnée obstructive avec le dispositif selon le troisième mode de réalisation de l'invention.
De plus, selon un mode de réalisation supplémentaire, le dispositif peut ne pas comporter le ventilateur mécanique à pression négative 3, et comporter un ventilateur mécanique à pression positive 7. Dans les paragraphes qui suivent nous allons détailler plus précisément un exemple d'utilisation de l'invention qu'on fait les inventeurs. Exemple d'utilisation
Dans un mode de réalisation, les inventeurs ont analysé le déplacement de 20 points de mesure sur le profil thoraco-abdominal d'un souriceau 2, avec une fréquence de 200Hz, ce qui a permis d'obtenir les figures 7 et 8. Le nombre de points de mesure 12 optimal peut être déterminé en effectuant un compromis entre la précision de l'analyse du mouvement et la simplicité des calculs.
On a appliqué un filtre moyenneur soustracteur sur 0.5 s (100 échantillons) pour chacun des signaux temporels provenant de ces points de mesure 12. Ce filtrage permet d'améliorer le rapport signal sur bruit et de s'affranchir des variations de position du souriceau 2.
Dans une application pratique, les signaux subissent les traitements suivants :
- filtrage Point-par-point (PPP, avec le logiciel Labview, 10 échantillons) de chaque signal ;
- calcul de la dérivée discrète pour chaque signal filtré ;
- utilisation d'un filtre moyenneur PPP (20 échantillons) sur les signaux dérivés ;
- utilisation d'un algorithme de suppression des zones de mouvement soit par un algorithme décrit dans le document Matrot B, Durand E, Dauger S, Vardon G, Gaultier C, Gallego J. Automatic classification of activity and apneas using whole body plethysmography in newborn mice. J Appl Physiol 2005;98: 365-370, soit par l'observation par la caméra vidéo 4 et utilisation d'un algorithme de détection de mouvement ;
- utilisation d'un algorithme de suppression des apnées ;
- détermination du signe de la dérivée pour chaque signal à chaque instant t ;
- pondération du résultat par la valeur de l'amplitude de la variation de la position des points de mesure 12 au cours du temps ;
- calcul du taux de synchronisme pour chaque instant t, selon la formule définie précédemment.
Les figures 7 sont des courbes qui représentent la variation de la position des points de mesure 12 qui ont été créés par l'utilisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 7a représente la variation de la position des points de mesure 12 au cours du temps lors de la respiration spontanée du souriceau 2, le ventilateur mécanique à pression négative 3 n'étant pas mis en marche.
La figure 7b représente la variation de la position des points de mesure 12 au cours du temps lors d'une ventilation mécanique forcée du souriceau 2 lors d'une injection d'isoflurane dans le caisson de tête 32 afin que le souriceau 2 l'inhale.
Comme visible sur la figure 7c, lorsque le souriceau 2 a inhalé l'isoflurane et qu'il n'est pas assisté par le ventilateur mécanique à pression négative 3, il ne présente aucune activité respiratoire (la position des points de mesure 12 ne varie pas dans le temps).
La figure 7d représente la réanimation du souriceau 2 par une ventilation forcée d'amplitude et de fréquence très régulière imposée par le ventilateur mécanique à pression négative 3. Les figures 8 sont des courbes de la variation de la position des points de mesure 12 pour le sevrage de la ventilation mécanique forcée du souriceau 2, qui montre les différentes étapes suivies par le souriceau 2 pour son servage. La figure 8a représente la variation de la position des points de mesure 12 au cours du temps. Dans la figure 8a il est nettement visible que l'activité respiratoire spontanée du souriceau 2 se superpose à l'activité respiratoire imposée par le ventilateur mécanique à pression négative 3 (comme le montre les pics de mouvements irréguliers).
Dans la figure 8b, il est visible que la fréquence d'occurrence des pics de mouvements irréguliers des points de mesure 12 augmente.
Dans la figure 8c, la fréquence d'occurrence des pics de mouvement dus aux activités spontanées du souriceau 2 devient régulière, et elle est sensiblement de un cycle du ventilateur mécanique à pression négative 3 sur deux.
La figure 8d représente la variation de la position des points de mesure 12 pour le souriceau 2 qui a retrouvé une activité respiratoire spontanée autonome et régulière, le ventilateur mécanique à pression négative 3 n'étant pas en marche. Le dispositif selon l'invention permet la détection d'activités spontanées au cours de la ventilation mécanique forcée (comme visible sur les figures 8a, 8b et 8c). Cet aspect a été validé sur des souriceaux 2 placés en arrêt respiratoire par anesthésie profonde par administration d'un anesthésiant via le caisson de tête 32. La détection d'activités respiratoires spontanées permet de définir un programme de diminution progressive de la ventilation mécanique jusqu'à son arrêt complet, également appelé programme de sevrage du ventilateur. L'extrême précision du profilomètre laser 1, et la description quasi- exhaustive qu'il fournit des déformations respiratoires du système thoraco-abdominal permettent de détecter des activités respiratoires spontanées même de faible amplitude. Les cycles respiratoires qui résultent partiellement d'une activité spontanée se distinguent des cycles uniquement produits par le ventilateur par leur amplitude et peuvent être en phase ou désynchronisés des cycles machines. Les activités spontanées signalent l'émergence d'une respiration autonome. Dans une deuxième mise en œuvre, les inventeurs ont réalisé des manœuvres de réanimation sur des souriceaux 2 nouveau-nés en détresse respiratoire à la naissance. Cette deuxième mise en œuvre, dans laquelle des manœuvres de réanimation des souriceaux 2 sont réalisées, peut être mise en œuvre en utilisant le profilomètre laser 1, ou bien sans utiliser le profilomètre laser 1.
Dans une première expérience illustrée sur les figures 9 et 10 de la deuxième mise en œuvre, les inventeurs ont réalisé une manœuvre de réanimation sur des souriceaux 2 placés en arrêt respiratoire par inhalation forcée d'isoflurane.
Le protocole de réanimation a été conduit sur quatre-vingt-deux (82) souriceaux le jour de la naissance qui pesaient en moyenne 1.7 g (avec un écart-type de 0.2 g) et sur soixante-cinq (65) souriceaux le lendemain de leur naissance qui pesaient en moyenne 1.8 g (avec un écart-type de 0.2 g) . Le protocole a donc été mené sur un total de cent- quarante-sept (147) souriceaux 2 nouveau-nés. Le protocole est représenté sur la figure 9. Cinquante (50) souriceaux 2 ont été associés de manière aléatoire à un premier groupe appelé groupe RG, les souriceaux 2 associés audit groupe RG étant réanimés. Afin de les réanimer, les souriceaux 2 du groupe RG sont ventilés en air. Parmi les quatre-vingt-dix-sept (97) souriceaux 2 restants, quarante-huit (48) souriceaux 2 ont été associés à un deuxième groupe, appelé groupe NRG, constitués par des souriceaux 2 qui ne sont pas réanimés. Ainsi, les souriceaux 2 du groupe NRG ne sont pas ventilés en air.
Les quarante-neuf (49) souriceaux 2 restants ont été associés à un troisième groupe, appelé groupe CG, qui sert de groupe de contrôle. Les souriceaux 2 du groupe CG ne sont pas manipulés.
Le protocole a été réalisé à une température contrôlée de 35°C. Au début du protocole de réanimation, chaque souriceau 2 (sauf les souriceaux faisant partie du groupe CG) est placé dans le caisson de corps 30 d'un ventilateur mécanique à pression négative 3.
Les souriceaux 2 qui ont été manipulés dans le protocole présentaient une ventilation spontanée moyenne de 14,4 μΙ/s/g (avec un écart-type de 8,8 μΙ/s/g), avec un volume courant moyen de 12,7 μΙ/g (avec un écart-type de 7,2 μΙ/g) et une durée moyenne du cycle respiratoire de 0,5 s (avec un écart-type de 0,2 s). Ces valeurs ont été calculées grâce à une minute d'enregistrement pléthysmographique par mesure de la pression dans le caisson de corps 30 du ventilateur mécanique à pression négative 3 pendant une première phase appelée phase BASELINE en début de protocole. Plus précisément, la mesure de ces valeurs a été obtenue par une pléthysmographie à tête sortie (ou Head-Out Plethysmography, HOP, selon l'expression anglo-saxonne bien connue). L'appellation « head-out » ou « tête sortie » est utilisée par opposition à un pléthysmographe dans lequel le corps entier du souriceau 2 (le corps plus la tête) est disposé à l'intérieur d'un caisson. Toutefois, selon une autre variante possible, ces mesures pléthysmographiques peuvent être réalisées en utilisant le profilomètre laser 1 pour mesurer en temps réel la déformation de la paroi thoraco-abdominale des souriceaux 2 au niveau des points de mesure 12 qui sont projetés sur ladite paroi thoraco-abdominale desdits souriceaux 2.
Après la phase BASELINE, durant laquelle le volume courant et la durée du cycle respiratoire ont été mesurés et la ventilation calculée à partir de ces valeurs, une injection d'isoflurane à 2,5% est effectuée dans le caisson de tête 32 du ventilateur mécanique à pression négative 3.
Après l'injection d'isoflurane dans le caisson de tête 32 du ventilateur mécanique à pression négative 3, les souriceaux 2 respirent spontanément pendant une deuxième phase du protocole qui dure une minute, cette deuxième phase étant nommée phase ISO.
Ensuite, après la phase ISO, une injection d'isoflurane à 10 % est réalisée dans le caisson de tête 32 du ventilateur mécanique à pression négative 3.
Le ventilateur mécanique à pression négative 3 est mis en marche par activation de l'ensemble de génération de pression 35. Une fois activé, l'ensemble de génération de pression 35 génère une première pression PI égale à la pression atmosphérique, et une seconde pression P2 inférieure à la pression atmosphérique de 6 cm H20 (soit 588 Pa) à une fréquence de 2 Hz, comme représenté sur la figure 10, pendant une troisième phase qui dure trois minutes. La troisième phase est appelée FORCED-ISO.
Ensuite, après injection d'air dans le caisson de tête 32 du ventilateur mécanique à pression négative 3, le ventilateur mécanique à pression négative 3 est éteint pendant une quatrième phase du protocole qui dure une minute. La quatrième phase est appelée phase POST-ISO. Durant la phase POST-ISO, la ventilation spontanée des souriceaux 2 est évaluée par mesure de la pression dans le caisson de corps 30 du ventilateur mécanique à pression négative 3. Cependant, selon une variante possible, la respiration spontanée des souriceaux 2 est évaluée avec le profilomètre laser 1 en mesurant en temps réel la déformation de la paroi thoraco-abdominale des souriceaux 2 au niveau des points de mesure 12 qui sont projetés sur ladite paroi thoraco-abdominale desdits souriceaux 2.
Pendant la phase POST-ISO, 81% des souriceaux 2 du groupe NRG, et 74% des souriceaux 2 du groupe RG étaient en arrêt respiratoire. Ces deux proportions (81% et 74%) ne sont pas significativement différentes. Les effectifs des souriceaux 2 des groupes NRG et NG dans chaque situation sont indiqués dans le Tableau I ci-dessous.
Groupe NRG Groupe RG Total
Arrêt respiratoire 39 37 76 Pas d'arrêt respiratoire 9 13 22
Total 48 50 98
Tableau I : Arrêt respiratoire provoqué par l'inhalation d'isoflurane. L'isoflurane est délivré à tous les souriceaux des deux groupes (RG et NRG). L'isoflurane a provoqué un arrêt respiratoire (constaté par pléthysmographie corps entier) chez la majorité des souriceaux dans chaque groupe (RG et NRG). L'arrêt respiratoire peut également être constaté par le profilomètre laser 1 en ne détectant aucun mouvement des points de mesure 12 qui sont projetés sur la paroi thoraco-abdominale des souriceaux 2.
Ensuite, les souriceaux 2 du groupe RG sont soumis à une cinquième phase du protocole appelée phase VENT et qui dure 8 minutes. Durant la phase VENT, le ventilateur mécanique à pression négative 3 est mis en marche par activation de l'ensemble de génération de pression 35 afin de générer la première pression PI et la seconde pression P2 à une fréquence de 2 Hz pendant une durée de 8 minutes. Au cours de cette ventilation mécanique des souriceaux 2 du groupe RG, on mesure le débit respiratoire par pneumotachographie au niveau de la bouche de chacun des souriceaux 2. Les souriceaux 2 présentent une ventilation avec un volume courant moyen de 11,8 μΙ (avec un écart-type de 4,8 μΙ).
Les souriceaux 2 du groupe NRG sont quant à eux soumis à une cinquième phase alternative du protocole appelée phase NO-VENT et qui dure 8 minutes. Durant la phase NO-VENT, le ventilateur mécanique à pression négative 3 demeure éteint pendant une durée de 8 minutes.
Ainsi, aucune ventilation des souriceaux 2 du groupe NRG n'est donc assurée pendant 8 minutes durant la phase NO-VENT, alors que les souriceaux 2 du groupe RG sont, au contraire, ventilés pendant 8 minutes durant la phase VENT.
L'ensemble des souriceaux 2 des groupes RG et NRG sont ensuite soumis à une sixième phase du protocole appelée phase DIAG qui dure 1 minute. Durant la phase DIAG, le ventilateur mécanique à pression négative 3 est éteint. De plus, durant la phase DIAG, on mesure la ventilation spontanée des souriceaux 2 par pléthysmographie.
Dans le groupe RG, 6% des souriceaux 2 étaient en arrêt respiratoire lors de la phase DIAG, alors que pour les souriceaux 2 du groupe NRG la proportion était de 92%. La ventilation mécanique par le ventilateur mécanique à pression négative 3 a donc produit un effet très significatifs sur la reprise ventilatoire des souriceaux 2 (test de khi-2 ; P<2.13E-13).
Les effectifs des animaux dans chaque situation sont indiqués dans le Tableau II ci-dessous.
Figure imgf000038_0001
Tableau II : Arrêt respiratoire après la ventilation (groupe RG) ou après une durée équivalente dans les mêmes conditions sans ventilation (groupe NRG). Seuls les animaux en arrêt respiratoire effectif après l'isoflurane sont pris en compte dans cette statistique. Ensuite, les souriceaux 2 des groupes NRG et RG ont été placés pendant 15 minutes dans une chambre de récupération à 35°C et leur réactivité testée à l'aide d'un test de pincement.
Lorsque la réponse était normale (réaction d'éveil et mouvements) le souriceau 2 était réintroduit dans la portée. Dans le cas contraire, le souriceau 2 était maintenu pendant trois périodes supplémentaires de 15 minutes dans la chambre et subissait à nouveau des tests. Si les tests ne produisaient aucune réaction au bout d'une heure le souriceau était considéré mort.
La mortalité parmi les souriceaux 2 du groupe RG était de 14%, alors qu'elle s'élève à 90% parmi les souriceaux 2 du groupe NRG (test de khi-2, P<2,88E-11). Les effectifs des souriceaux 2 dans chaque situation sont indiqués dans le Tableau III ci-dessous.
Groupe NRG Groupe RG Total
Morts 35 5 40 Survivants 4 32 36
Total 39 37 76
Tableau III : Mortalité des souriceaux en arrêt respiratoire après inhalation d'isoflurane et soumis ou non à une ventilation mécanique à pression négative. On constate l'efficacité de la ventilation mécanique à pression négative pour assurer la survie des souriceaux en arrêt respiratoire.
Dans une deuxième expérience, les inventeurs ont réalisé une manœuvre de réanimation sur des souriceaux Phox2b 27Ala, modèle murin du syndrome d'Ondine.
Le syndrome d'Ondine est une maladie grave généralement diagnostiquée dans les jours qui suivent la naissance. Ce syndrome est caractérisé par l'hypoventilation au cours du sommeil et l'absence de chémosensibilité respiratoire au C02. Le syndrome est provoqué par une mutation du gène PHOX2b, qui joue un rôle déterminant dans le développement du système nerveux autonome. La prise en charge du syndrome d'Ondine est effectuée par une ventilation mécanique au cours du sommeil, à vie dans certains cas.
Le modèle murin de cette maladie (souris Phox2b 27Ala), présente une très forte mortalité néonatale (mortalité dans les deux heures suivant la naissance). Les inventeurs ont prolongé la survie des animaux en réalisant une réanimation néonatale.
Les expérimentations ont été réalisées sur quarante-neuf (49) souriceaux 2 issus de six (6) portées.
Les portées manipulées durant ces expérimentations contiennent des souriceaux 2 mutants Phox2b 27 Ala et des souriceaux sauvages (ne portant pas la mutation). Les portées sont utilisées dès les premières minutes de vie.
Cinq minutes après sa naissance, chaque souriceau 2 est aléatoirement réparti dans le groupe Réanimé (RG) ou Non Réanimé (NRG), et est placé dans le caisson de corps 30 du ventilateur mécanique à pression négative 3. En fonction de son groupe, il est ventilé ou non ventilé de manière contrôlée. La ventilation par le ventilateur mécanique à pression négative 3 est effectuée avec les caractéristiques suivantes :
la première pression PI est égale à la pression atmosphérique ; la seconde pression P2 est inférieure à la pression atmosphérique de 6 cm H20, soit 588 Pa ;
la fréquence de variation de pression à l'intérieur du caisson de corps 30 entre la première pression PI et la seconde pression P2 est de 2 Hz ;
la ventilation est effectuée pendant 15 minutes toutes les heures.
Parmi les souriceaux 2 mutants Phox2b 27 Ala du groupe RG, après 150 minutes de réanimation, deux (2) souriceaux 2 étaient décédés (aucune réaction à un test de pincement) et neuf (9) souriceaux 2 étaient vivants.
Parmi les souriceaux 2 mutants Phox2b 27 Ala du groupe N RG, après 150 minutes de réanimation, six (6) souriceaux 2 étaient décédés (aucune réaction à un test de pincement) et trois (3) souriceaux 2 étaient vivants.
Ces résultats suggèrent que la réanimation ventilation mécanique contrôlée aurait un effet sur la survie des souris mutantes Phox2b Kl (test de khi-2 ; P=0,0813) .
On comprendra que la réanimation des souriceaux 2 telle que décrite dans la seconde mise en œuvre peut être avantageusement suivie par le premier ou le deuxième procédé d'utilisation du dispositif selon premier mode de réalisation de l'invention afin de faciliter le sevrage des souriceaux 2 de l'assistance respiratoire qui leur est apportée.
Ainsi, on peut procéder à la réanimation des souriceaux 2 sans utiliser le profilomètre laser 1 , et utiliser ledit profilomètre laser 1 uniquement lorsque le souriceau 2 est réanimé et respire spontanément afin de faciliter le sevrage.
On peut également utiliser le profilomètre laser 1 au moment de la réanimation du souriceau 2 et également lors du sevrage de l'assistance respiratoire qui lui est apportée. Matériel et méthodes utilisés
Animaux
Des souris gestantes ont été entretenues avec un cycle de 12 h de lumière / obscurité avec accès à volonté à l'eau et à la nourriture standard pour rongeur. Toutes les expériences ont été réalisées en conformité avec les normes de soins et d'utilisation des animaux de laboratoires de l'Institut national de la santé et de la recherche médicale (INSERM) et du Comité d'éthique de l'Université de Paris Diderot, Paris 7. Dans la première mise en œuvre, les souris gestantes sont des souris OF1 (Charles River Laboratory, L'ArbresIe France).
Dans la deuxième mise en œuvre, pour la première expérience, les souris gestantes sont des souris OF1 (Charles River Laboratory, L'ArbresIe France). Pour la deuxième expérience, les souris gestantes sont des souris obtenues par accouplement de souris femelles PGKCre + et de souris maies PHA27Ala 27Ala . Toutes les expériences ont été réalisées en conformité avec les normes de soins et d'utilisation des animaux de laboratoires de l'Institut national de la santé et de la recherche médicale (INSERM) et du Comité d'éthique de l'Université de Paris Diderot, Paris 7.
Matériel
Ventilateur mécanique à pression négative 3
Le ventilateur mécanique à pression négative est constitué de deux 25 cylindres en polycarbonate (caisson de corps 30 et caisson de tête 32 respectivement) fermés à une extrémité par une bague en plastique maintenant un collier en latex (formant ainsi la paroi hermétique 31 ). Des joints toriques en nitrile étaient utilisés pour assembler les différentes parties du ventilateur mécanique à pression négative 3 et maintenir 30 l'étanchéité à l'air. Le collier a été réalisé à partir d'un disque de digue dentaire de 30mm de diamètre avec comportant un orifice central de 5mm de diamètre. Le ventilateur mécanique à pression négative 3 étant désassemblé, la tête du souriceau 2 est placée dans l'orifice du collier en latex de la paroi hermétique 31 , le collier autour du cou, en poussant 35 délicatement la partie postérieure du corps du souriceau 2. Les deux cylindres (le caisson de corps 30 et le caisson de tête 32) sont alors à nouveau assemblés autour de la bague en plastique de la paroi hermétique 31 .
Le caisson de corps 30 est connecté à l'ensemble générateur de pression 35, qui établit alternativement à l'intérieur du caisson de corps 30 une pression P1 égale à la pression atmosphérique et une pression P2 qui est inférieure à la pression P1 . La fréquence respiratoire des souriceaux 2 est comprise entre 1 et 3 Hz. Le rapport cyclique (par exemple défini par le ratio du temps d'inspiration par rapport au temps total du cycle inspiration - expiration) est réglé à 50% .
La pression imposée par le ventilateur mécanique à pression négative 3 dans le caisson de corps 30 est mesurée par le capteur de pression 38 (40PC001 B, Honeywell, Morristown, NJ, USA, gamme: ±68 cm H20) et enregistrée à 200 Hz par les moyens de traitement 5 (National Instruments, Austin, TX, USA) pour les analyses ultérieures de données. Pneumotachographe 6
Les volumes inspirés et expirés des souriceaux 2 sous ventilation mécanique forcée sont calculés par intégration du signal délivré par le pneumotachographe 6 fixé sur le museau des souriceaux 2 par l'intermédiaire d'un masque facial conique en polyéthylène de diamètre maximal 8 mm. Le pneumotachographe 6 est composé d'un cylindre en polycarbonate comprenant un axe longitudinal et qui comprend un diamètre interne de 1 mm, un diamètre externe de 3mm, et une longueur de 15mm. Le cylindre en polycarbonate comprend également deux ports de pression avec un diamètre intérieur de 0,3 mm, les deux ports de pression étant espacés d'une distance de 10 mm. Les ports de pression sont insérés perpendiculairement à l'axe longitudinal du cylindre en polycarbonate. Les deux ports sont connectés à un capteur de pression (GE Sensing transducer, Asnières, France, gamme: ±0.1 mbar).
Le signal de pression est enregistré à une fréquence d'échantillonnage de 200 Hz par les moyens de traitement 5 (National Instruments, Austin, TX, USA).
Le pneumotachographe 6 est calibré avant chaque utilisation à l'aide d'une pompe comportant une micro-seringue de précision étanche aux gaz (Ito corporation, Fuji, Japan), qui injecte un flux d'air sinusoïdal dans le pneumotachographe 6 et qui génère ainsi un volume de calibration.
Pléthysmographie
Une fois éteint, le ventilateur mécanique à pression négative 3 peut être utilisé comme un pléthysmographe à tête sortie (ou head-out selon la terminologie anglo-saxonne bien connue) en reliant le caisson de tête 32 à l'air ambiant et en mesurant une variation de pression à l'intérieur du caisson de corps 30. En effet, la variation du volume du corps du souriceau 2 lorsqu'il respire entraîne une variation de la pression à l'intérieur du caisson de corps 30. Ainsi, en mesurant la variation de pression à l'intérieur du caisson de corps 30, on peut obtenir la variation du volume du corps du souriceau 2 qui correspond au volume d'air inhalé.
L'appellation head-out est utilisée par opposition à un pléthysmographe dans lequel le corps entier du souriceau 2 (le corps plus la tête) est disposé à l'intérieur d'un caisson.
Mouvements thoraco-abdominaux:
Les mouvements thoraco-abdominaux des souriceaux 2 associés à la respiration sont mesurés par le profilomètre laser 1 qui est de modèle Keyence LJ-V7080, et qui est couplé à un contrôleur LJ-V7001 P, ledit profilomètre laser 1 projette une ligne de points de mesure 12 selon un axe médian thoraco-abdominal des souriceaux 2. La ligne de points de mesure 12, qui fait 48 mm de long, est positionnée entre le haut du thorax et le bas de l'abdomen du souriceau 2 à l'aide d'une vidéo enregistrant le souriceau 2 en position couchée, ladite vidéo étant obtenue à l'aide de la caméra vidéo 4.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de caractérisation de l'activité respiratoire d'un mammifère (2), comprenant :
- des moyens de caractérisation des mouvements respiratoires du mammifère (2),
- des moyens de traitement (5) reliés aux moyens de caractérisation et aptes à déduire, à partir des signaux issus desdits moyens de caractérisation portant sur les mouvements respiratoires dudit mammifère (2), des caractéristiques de respiration,
caractérisé en ce que les moyens de caractérisation comprennent un profilomètre laser ( 1) qui est adapté pour projeter au moins un faisceau lumineux (11) sur le thorax et/ou l'abdomen du mammifère (2) de manière à créer au moins trois points de mesure (12), pour recueillir l'image desdits points de mesure (12) sur le mammifère (2), et mesurer la déformation en ces points de mesure ( 12) de la paroi thoraco-abdominale à chaque instant, ledit dispositif de caractérisation de l'activité respiratoire d'un mammifère (2) comprenant un ventilateur (3, 7) apte à ventiler le mammifère (2), ledit ventilateur (3, 7) étant relié aux moyens de traitement (5) de manière à ce que le fonctionnement du ventilateur (3, 7) prenne en compte lesdites caractéristiques de respiration obtenues à partir des mesures du profilomètre laser (1).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profilomètre laser ( 1) est adapté pour projeter au moins un faisceau lumineux (11) de manière à créer une ligne de points de mesures (12) comprenant au moins 5 points de mesure (12).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ventilateur (3, 7) est un ventilateur mécanique à pression négative (3) dans lequel est disposé le mammifère (2).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ventilateur mécanique à pression négative (3) comprend un caisson de corps (30) hermétique dans lequel la partie inférieure à la tête du mammifère (2) est disposée, ledit caisson de corps (30) comprenant des vitres transparentes au laser du profilomètre laser ( 1) permettant de conserver l'intégralité du signal lumineux.
5. Dispositif selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le ventilateur mécanique à pression négative (3) comprend un caisson de tête (32) apte à être utilisé comme chambre d'inhalation pour l'administration de divers agents, ou pour générer une pression positive de fin d'expiration.
6. Dispositif selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend un pneumotachographe (6) permettant de mesurer le débit ventilatoire effectif du mammifère (2).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une caméra vidéo (4) reliée aux moyens de traitement (5), permettant ainsi de visualiser la position du mammifère (2) ainsi que la répartition des points de mesure (12) créés par le profilomètre laser (1) sur ledit mammifère (2).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un vaporisateur ou nébuliseur adapté pour administrer, par inhalation, une drogue au mammifère (2).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un ventilateur mécanique à pression positive (7) permettant de faciliter l'ouverture des voies aériennes du mammifère (2) lors de sa respiration.
10. Procédé de mesure et /ou d'assistance de l'activité respiratoire d'un mammifère avec un dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- projeter au moins un faisceau lumineux (11) avec le profilomètre laser (1) de manière à créer au moins trois points de mesure (12) répartis sur une zone du corps du mammifère (2) incluant la cage thoracique et l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure (12) au cours de la respiration.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- imposer une activité respiratoire forcée au mammifère (2) avec le ventilateur (3, 7) ;
- projeter au moins un faisceau lumineux (11) avec le profilomètre laser (1) de manière à créer au moins trois de points de mesure (12) répartis longitudinalement par rapport au corps du mammifère (2) sur une zone dudit corps dudit mammifère (2) comprenant la cage thoracique et l'abdomen ; - mesurer la position des points de mesure (12) au cours de la respiration du mammifère (2) ;
- détecter une respiration spontanée du mammifère (2) par détection d'une variation de la position des points de mesure (12) ne correspondant pas à la variation de position des points de mesure (12) imposée par l'activité respiratoire forcée imposée par le ventilateur (3, 7).
12. Procédé selon la revendication 11 prise dans sa dépendance selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- projeter au moins un faisceau lumineux (11) avec le profilomètre laser (1) de manière à créer des points de mesure (12) répartis transversalement et/ou longitudinalement par rapport au corps du mammifère (2) sur une zone dudit corps dudit mammifère (2) comprenant la cage thoracique et/ou l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure (12) au cours de la respiration du mammifère (2) ;
- détecter un début de mouvement d'inspiration ou d'expiration spontanée du mammifère (2) par détection d'une variation la position des points de mesure (12) ;
assister la respiration du mammifère (2) par activation d'un mouvement d'inspiration forcée si le mouvement du mammifère (2) détecté est une inspiration spontanée, ou un mouvement d'expiration forcée si le mouvement du mammifère détecté est une expiration spontanée.
13. Procédé selon la revendication 10 prise dans sa dépendance selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- installer un pneumotachographe (6) permettant de mesurer un débit d'air entrant et sortant du mammifère (2) ;
- projeter au moins un faisceau lumineux (11) avec le profilomètre laser (1) de manière à créer au moins trois points de mesure (12) répartis longitudinalement par rapport au corps du mammifère (2) sur une zone dudit corps du mammifère (2) comprenant la cage thoracique et l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure (12) au cours de la respiration du mammifère (2) ;
- détecter une éventuelle apnée du mammifère (2) par détection d'aucune variation dans la position des points de mesure (2), et/ou par mesure d'un débit d'air entrant et sortant nul.
14. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- projeter au moins un faisceau lumineux ( 11 ) avec le profilomètre laser ( 1) de manière à créer au moins trois points de mesure ( 12) répartis longitudinalement par rapport au corps du mammifère (2) sur une zone dudit corps du mammifère (2) comprenant la cage thoracique et l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure ( 12) au cours de la respiration du mammifère ( 12) ;
- déterminer un nœud de mesure situé au niveau du point de mesure ( 12) dont la variation de position au cours de la respiration du mammifère (2) est la plus faible ;
- définir deux catégories de points de mesure ( 12), chacune des catégories comprenant les points de mesure ( 12) situés d'un côté du nœud de mesure ;
- calculer un indice de synchronisme du mouvement respiratoire du mammifère (2) .
15. Procédé selon la revendication 10 et l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- installer un pneumotachographe (6) permettant de mesurer un débit d'air entrant et sortant du mammifère (2) ;
- projeter au moins un faisceau lumineux ( 11 ) avec le profilomètre laser ( 1) de manière à créer au moins trois points de mesure ( 12) répartis sur une zone du corps du mammifère (2) incluant la cage thoracique et/ou l'abdomen ;
- mesurer la position des points de mesure ( 12) au cours de la respiration .
- mesurer la résistance des voies respiratoires du mammifère (2) par mesure d'un déphase temporel entre la variation de position des points de mesure ( 12) au cours de la respiration du mammifère (2) et la variation du débit d'air entrant et sortant mesuré par le pneumotachographe (6).
16. Procédé d'assistance de l'activité respiratoire d'un mammifère (2) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- placer la partie inférieure à la tête du mammifère (2) dans un caisson de corps (30) hermétique d'un ventilateur mécanique à pression négative (3) ;
- établir la pression à l'intérieur du caisson de corps (30) à une première pression (PI ) qui est égale à la pression atmosphérique ; - diminuer la pression à l'intérieur du caisson de corps (30) de la première pression (PI) jusqu'à une seconde pression (P2) qui est inférieure à la première pression (PI) ;
- augmenter la pression à l'intérieur du caisson de corps (30) de la seconde pression (P2) jusqu'à la première pression (PI) ;
les étapes de diminution et d'augmentation de la pression à l'intérieur du caisson de corps (30) étant répétées de sorte à imposer un mouvement d'inspiration et d'expiration forcé au mammifère (2).
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape suivante :
- effectuer une mesure pléthysmographique de l'activité respiratoire du mammifère (2) en mesurant les variations de pression à l'intérieur du caisson de corps (30) de manière à mesurer la variation du volume dudit mammifère (2).
PCT/EP2015/073408 2014-10-09 2015-10-09 Dispositif et procede de caracterisation et/ou d'assistance de l'activite respiratoire d'un mammifere WO2016055615A1 (fr)

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