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Thèse présentée à

Université de Rouen

Discipline : Physique
Spécialité : Ingénierie biomédicale

Par

Emeline FRESNEL

Soutenue le 24 novembre 2015

Étude comparative des performances des ventilateurs de domicile et analyse des interactions patient-ventilateur en ventilation non invasive
Jury Rapporteur
Patrick Hanusse, Directeur général d’Aqsitania, Université de Bordeaux
Hélène Prigent, PH, Hôpital Poincaré, Garches
Examinateur
Didier Menguy, Ingénieur biomédical, Breas Medical, Lyon
Antoine Cuvelier, PU-PH, Université de Rouen président du Jury
Jean-François Muir, PU-PH, Université de Rouen Directeur de thèse
Christophe Letellier Professeur à l’Université de Rouen

 

La ventilation non invasive constitue une modalité de traitement de l’insuffisance respiratoire chronique suffisamment prescrite pour motiver des études sur banc d’essai afin d’évaluer et de comparer les performances des ventilateurs. Pour que les évaluations soient fiables et reproductibles, nous avons revisité de nombreux aspects des études sur poumon mécanique et développé une procédure paramétrique de tests des ventilateurs. Nous avons commencé par modéliser un effort inspiratoire physiologique qui, lorsqu’il gouverne trois modèles pulmonaires physiopathologiques distincts, permet de simuler une cohorte réaliste de patients. L’élaboration de cette procédure a nécessité la définition d’une terminologie claire et motivée, ainsi que l’uniformisation des conditions de tests des ventilateurs. Il a ainsi été rendu possible de caractériser la synchronisabilité des ventilateurs, définie comme leur capacité à se synchroniser aux différents modèles pulmonaires testés. Ces performances dépendent à la fois de la mécanique et de la dynamique pulmonaires. La création de fiches techniques et d’outils de comparaison des ventilateurs, mis à la disposition des praticiens sur un site dédié, devrait faciliter le choix d’un dispositif d’assistance ventilatoire adapté à chaque patient. Ce travail s’appuie en outre sur un modèle dynamique d’interactions patient-ventilateur ayant permis de dresser une revue des asynchronismes mais également d’en comprendre les mécanismes sous-jacents. La mise en relation des résultats théoriques et expérimentaux offre une perspective d’identification des stratégies de fonctionnement des ventilateurs et d’optimisation des interactions patient-ventilateur.

 

Noninvasive ventilation can be defined as a modality of treatment for chronic respiratory failure. Nowadays, it is sufficiently often prescribed to motivate test bench studies whose objectives are to evaluate and compare ventilators performances. To provide reliable and reproducible assessments, we revisited many aspects of test bench studies and developed a parametric procedure for testing ventilators. We initially focused our attention on the modeling of a physiological inspiratory effort which, when driving three pathophysiological lung models, allows to simulate a realistic cohort of patients. The development of this procedure required to introduce a clear and motivated terminology, as well as to unify the parameter settings of the ventilators. It was then possible to characterize the ventilators synchronizability, defined as the ability of the device to synchronize with the different pulmonary models it was connected to. These performances depend on the mechanics and dynamics of the lung model. Providing the practitioners with reports and tools for comparing ventilators on a dedicated website should facilitate the choice of a ventilatory assistance device adapted to each patient. This works was also devoted to the use of a dynamical model for the patient-ventilator system which allowed us not only to review most of the asynchrony events observed in clinics but also to explain their underlying mechanisms. Linking theoretical and experimental results offers us a perspective for identifying the ventilators operating strategies, a required step to improve patient-ventilator interactions.

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