Brevet FR2556207A1 — publié le 19850614

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la mesure de la variation du volume d'un corps présentant un axe, transversalement auquel il peut subir une expansion et/ou une contraction. Quoique non exclusivement, la présente invention s'ap plique- partieulièrement bien à la pléthysmographie, c'est-à-dire à la mesure des variations de volume thoracique, et elle sera ci-aprês plus spécialement expliquée en rapport avec cette application particulière. Dans la revue EUROPA MEDICO PHYBICA, 13, 1977, Swedborg a récapitulé les différentes méthodes connues de mesure de variations de volume de la cage thoracique, â savoir les méthodes de Mole et Wright, de Afanasiev, de Davis et Troup, de Konno et Mead, de Hixon, de Godfrey, de Agostini et de Jordanoglou Swedborg mentionne de plus la méthode selon laquelle le patient est enfermé dans une enceinte et ventile soit à 11 intérieur, soit à l'extérieur de celle-ci, de sorte qu'il en résulte des variations de pression à l'intérieur de l'enceinte permettant d'en déduire les variations de volume recherchées. Par ailleurs, dans la revue THE AMERICAN PHYSIOLOGICAL SOCIETY, 1982, pages 267 à 273, Helms, Taylor, Mimer et Hatch décrivent une méthode de pléthysmographie à l'aide d'un gilet à double paroi, enfermant un fluide sous pression. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif qui, appliqués à la pléthysmographie, permettent - de déterminer directement les variations de volume thoracique - d'effectuer des mesures de variation de volume de la cage thoracique et de l'abdomen sur des patients valides ou invalides, se trouvant dans n'importe quelle position : assise, debout, alitée, etc... - de rendre négligeable l'oppression du patient causée par la présence dudit dispositif, c'est-à-dire de ne pas perturber les mesures - de donner des mesures de variations de volume précises - de faciliter et de rendre rapide la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, même pour un personnel non spécialisé, de sorte que la durée d'un examen est réduite ; - de déterminer et donner au médecin des résultats en temps réel au cours de l'examen ; et - de maintenir les couts de réalisation du dispositif en dessous de ceux d'une enceinte pléthysmographique. A ces fins, selon l'invention, le procédé pour la mesure de la variation Av du volume V d'un corps présentant un axe transversalement auquel il peut subir une expan- sion et/ou une contraction, est remarquable en ce que l'on effectue les opérations suivantes - on mesure les longueurs li des périmètres ou des pseudopérimêtres d'une pluralité n de sections Si (avec 1ri i #n) dudit corps, au moins sensiblement orthogonales audit axe, avant variation de volume dudit corps - on mesure les variations de longueur Ali de chacun desdits périmetres ou pseudoperimetres, apres variation de volume dudit corps - on détermine pour chaque section Si, un coefficient ki, tel que expression dans laquelle Ai est l'aire de chacunedesdites sections Si , avant variation de volume dudit corps - on calcule pour chacunedesdites sections Si, la valeur t Ai = 2 ki.Ii Ali, correspondant à la variation de l'aire Ai ; et - on intègre le long de l'axe dudit corps, l'expression # Ai = 2 ki.li.#li, pour obtenir la variation de volume #V. Par "pseudo périmètre, on désigne la ligne formée par les parties convexes des sections et par des portions de droites reliant deux desdites parties convexes séparées par une partie concave dudit périmètre. Ainsi, la base de la présente invention réside en ce que l'on pose que, pour chaque section Si, l'aire Ai est égale au produit d'un coefficient ki par le carré de sa longueur li, c'est-à-dire que Ai = ki.li2 de sorte que, par différentiation, on obtient #Ai = 2.ki.li. #li et que, par intégration le long de l'axe directeur des sections, on obtient la variation de volume Av cherchée. Dans le cas ou le corps est de révolution, chaque section Si est un cercle de rayon Ri, de périmètre li= 2TRi et de surface Ai = Ri2, de sorte que le coefficient ki est égal å 1 . Il est donc le meme pour toutes les sections. 4 lv Lorsque l'on désire appliquer le procédé selon l'invention à la pléthysmographie humaine, il est avantageux que les coefficients ki soient déterminés par scannographie ou une méthode semblable. Cependant, de telles mesures scannographiques ont montré - que les coefficients ki pour les différentes sections Si du thorax et de l'abdomen d'un meme etre humain étaient très proches les unes des autres, de sorte qu'il n'était pas nécessaire de déterminer autant de coefficients ki que de sections Si, mais que, au contraire, on pouvait utiliser une valeur commune k, pour tous les coefficients ki des différentes sections de cet etre humain - que, pour des êtres humains de corpulencce apparente voisine, la valeur commune k était pratiquement la mëme ; et - que, suivant la corpulence des patients, cette valeur k commune à tous les ki, variait entre 0,072 et 0,076. Ainsi, on peut établir une table de correspondance entre les corpulences des patients et les valeurs de k, ce qui simplifie considérablement la mise en oeuvre du procédé selon l'invention appliqué à la pléthysmographie. En effet, au lieu d'être obligé, au cours de l'examen de chaque patient, de mesurer à l'aide d'un scannographe une pluralité de coefficient ki, il suffit de se reporter à ladite table qui, en fonction de la corpulence dudit patient fournira un coefficient unique k a utiliser pour tous les ki. Par suite, le procédé de pléthysmographie selon l'invention consiste à réaliser préalablement à la pléthysmographie proprement dite, une pluralité de mesures sur une pluralité de patients en vue de dresser une table de correspondance donnant, en fonction de la corpulence desdits patients, la valeur commune k correspondante, puis, au moment de la pléthysmographie d'un patient, les opérations suivantes : : - on mesure les longueurs li des pseudopérimètres d'une pluralité n de sections Si (avec 1 t li de chacun desdits pseudopérimètres, après variation du volume du thorax et de l'abdomen - on choisit dans ladite table de correspondance préalablement établie, la valeur commune k applicable au patient en fonction de sa corpulence - on calcule pour chacune desdites sections Si la valeur ss Ai =2.k.li. li, correspondant à lava- riation de l'aire Ai de chaque section ; et - on intègre le long de la direction générale de la colonne vertébrale, l'expression #Ai=2.k.li.#li, pour obtenir la variation de volume #V du thorax et de l'abdomen. Bien entendu, il est possible d'effectuer en continu la mesure des longueurs li, la mesure des variations de longueur #li, le calcul et l'intégration de #Si, de sorte que l'on peut connaître à chaque instant le volume de la cage thoracique du patient. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on prévoit un dispositif pour la mesure de la variation AV du volume V d'un corps présentant un axe transversalement auquel il peut subir une expansion et/ou une contraction, caractérisé en ce qu'il comporte : - des premiers moyens pour mesurer les longueurs li des périmètres ou des pseudopérimètres d'une pluralité n de sections Si (avec 1 ç ió;;n) dudit corps, orthogonales audit axe, avant variation du volume dudit corps, ainsi que pour mesurer les variations de longueur li de chacun desdits périmètres et pseudopérimètres, après variation de volume dudit corps - des seconds moyens pour déterminer, pour chaque section Si, un coefficient ki, tel que expression dans laquelle Ai est l'aire de chacune desdites sections Si, avant variation de volume dudit corps ; et - des troisièmes moyens pour calculer, pour chacuredes dites sections Si,la valeur & i=2.ki.li. Ali, correspondant à la variation de l'aire Ai, ainsi que pour intégrer, le long de l'axe dudit corps,l'expression #Ai=2.ki.li.#li, pour obtenir la variation de volume tV. Lesdits premiers moyens peuvent comporter une pluralité n de liens épousant ledit corps, chacun suivant l'une desdites sections Si, et associés à des capteurs de la variation de périmètre ou de pseudopérimètre desdites sections. De préférence, les liens sont en une matière non extensible et sont pourvus de repères permettant d'indiquer facilement les longueurs li des périmètres et pseudopêrimètres des sections Si et les capteurs sont du type extensible à retour automatique en position de repos. Par exemple, ces capteurs sont du type poten tiométrique à rappel élastique. Lorsque ce dispositif est un pléthysmographe, il est avantageux que lesdits premiers moyens comportent un gi let s'appliquant sur le thorax d'un patient et sur le quel sont montés la pluralité desdits liens et les cap teurs. Lesdits seconds moyens peuvent être du type scannogra phe, mais, comme il a été expliqué ci-dessus, il est avantageux qu'ils soient constitués par une table de correspondance donnant, en fonction de la corpulence du patient, une valeur commune k pouvant être utilisée pour tous les coefficients ki. il va de soi que les troisièmes moyens peuvent ëtre for mes par un calculateur électronique. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. Les figures 1 et 2 illustrent le procédé conforme à la présente invention, appliqué à la pléthysmographie'" les figures 3 et 4 montrent, respectivement en vue en perspective de l'avant et de l'arrière, un patient équipé d'un gilet pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Les figures 5, 6 et 7 illustrent des détails du gilet des figures 3 et 4. La figure 8 illustre la mise en oeuvre de 11 invention à l'aide du gilet des figures 3 et 4. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Pour mettre en oeuvre l'invention, comme l'illustre la figure 1, on commence par déterminer matériellement ou immatériellement sur le thorax d'un patient 1, une plu ralité n de sections S1, S2 Si SnS au moins sensiblement orthogonales à la direction générale de la colonne vertébrale dudit patient. Pour chaque section Si, on détermine la longueur li du pseudopérimètre formée par les parties convexes 2 de ladite section Si et par des portions de lignes droites 3 reliant deux desdites parties convexes 2 séparées par une partie concave 4 de ladite section Si. Le pseudopérimètre de la section Si est donc l'enveloppe non concave de cette section. Selon l'invention, on écrit, pour chaque section Si, que l'aire Ai définie par le pseudopérimètre est proportionnelle au carré de la longueur li de ce dernier, c' est-à-dire que Ai=ki.li2, (1) ki étant un coefficient qui peut etre choisi égal à k = 0,074 + 0,002 pour un thorax humain. La méme valeur k peut etre utilisée pour tous les ki des sections Si d'un méme thorax. Par différentiation, la relation (1) donne #Ai = 2.ki.li.#li (2) ou #Ai = 2.k.li(2') si l'on choisit ki=k. Si la distance séparant les sections extremess S1 et Sn est égale à D, la variation de volume V du thorax peut etre donnée par ou si ki = k. Ainsi, selon la formule (3'), il suffit de connaltre la longueur li et la variation de longueur ali du pé trimètre de chaque section Si pour pouvoir en déduire la variation de volume Av du thorax On remarquera de plus que, en choisissant un nombre de sections Si impair et en espaçant celles-ci du mëme intervalle h, l'intégration de la formule (3) ou (3') peut avantageusement être réalisée à l'aide de la formule de SIMPSON, n = nombre d'intervalles entre sections. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise avantageusement un système comportant un dispositif 5 d'acquisition de mesures et un dispositif 6 de traitement des mesures comportant un calculateur (voir la figure 8). Le dispositif d'acquisition de mesures 5, montré par les figures 3 et 4, comporte un gilet 7, par exemple du type sous-vëtement en coton, épuisant bien le corps du patient et par exemple tendu par un rabat 8 à l'entrejambe. lie gilet 7 comporte, suivant des sections droites, des passants 9, dans lesquels passent des sangles 10 en tissu souple non extensible. Par exemple, les sangles 10 sont au nombre de 7 et sont également réparties depuis les hanches jusqu'au dessous des bras. Ainsi, chaque sangle 10 épouse le contour du pseudopérimètre de la section Si à l'emplacement de laquelle elle est placée. Les deux extrémités de chaque sangle 10 sont réunies par un capteur de déplacement sensible 11, par exemple du type potentiométrique à rappel élastique, à faible effort de traction et de rappel. Ainsi, chaque sangle 10 peut suivre le mouvement du thorax sans gene pour le patient dans ses mouvements respiratoires. Chaque sangle 10 dispose, à l'une de ses extrémités 18 (figure 5), de différents points possibles 12 pour la fixation au capteur 11 selon des dimensions de la cage thoracique des patients. Des repères 13 imprimes sur la sangle 10 au regard de ces points de fixation 12 permet tent au calculateur du dispositif 6, lorsque ces informations sont communiquées par l'opérateur 14, de déterminer les longueurs initiales li de chaque sangle. Les capteurs de déplacement 11 sont fixés mécaniquement, au moyen de pattes 16, sur une bande verticale 15, non extensible solidaire du gilet 7 le long de la colonne vertébrale. L'information proportionnelle à la variation du pseudo-périmètre de la section thoracique est par exemple délivrée par ces capteurs 11 sous la forme de la variation de résistance d'un potentiomêtre linéaire à pistes plastiques. Ce potentiomètre de résolution infi nie permet la mesure de variation de trés petite lon gueur du pseudopérimetre. La tension obtenue entre les bornes du curseur et d'un point du potentiomètre est en vouée, par le câble 19, sur une voie de chaine de mesure du calculateur du dispositif 6. A chaque instant ce calculateur mesure les variations de tension et en déduit, grâce à un programme de calcul, les variations de longueur li de la sangle correspon dante. Par#programme également, le calculateur du dispositif 6 détermine : - les variations de 11 aire de la section thoracique tAi correspondant à la sangle considérée par la formule AAi=2.ki.li. A - les variations de volume par intégration en utilisant par exemple la méthode de SIMPSON. - les variations totales de la cage thoracique. Les valeurs de ki sont données au calculateur sous la forme d'une table préétablie et sont choisies par programme en fonction de la morphologie du patient (taille, poids, etc...). Lorsque le patient a passé le gilet de coton 7 muni des sangles 10 coulissant librement dans les passants 9 a) la bande verticale 15 souple,.mais non extensible, est posée sur le dos du patient en regard d'un repère de positionnement 17, la fixation se fait par exemple par pression à l'aide de moyens de fixation à crochets et boucles multiples b) les extrémités 21 des sangles 10, opposées aux extremites 1e, sont fixées à la bande verticale 15, par exemple à l'aide de boutons à pression. c) les capteurs li sont fixes sur la bande verticale 15, au moyen des pattes 16. Ce sont par exemple des capteurs potentiométriques de placement linéaire du type MP 5200 fabriqué par la SSIM, de grande précision et haute fidêlitè. d) les extrémités 18 des sangles 10 sont raccordées au capteur 11 correspondant et suivant la corpulence du patient de maniera que la plage de lecture de chaque capteur soit efficace. La distance entre les points de fixation de chaque sangle est connue à mieux que 0,5 ffi grâce aux repères 15. Les capteurs 11 sont réunis par le cable 19 au calculateur du dispositif 6, par exemple du type H.P. micro 1000 A 600. Ce calculateur est associe à un terminal alphanumérique et monochrome 22, par exemple du type 2623 A/015. Le déroulement de l'examen est en mode conversationnel. Le protocole de l'examen est réalisé par programme. L'operateur 14 entre au clavier de la console les données initiales : caractéristiques du patient, caractéristiques morphologiques, etc... Au fur et à mesure du déroulement de l'examen, l'opera- teur 14 indique au patient 1 les différents mouvements respiratoires qu'il doit effectuer (inspiration, expiration, normales ou forcées). Le calculateur acquiert les informations, les traite par programme et délivre sur la console en fin de protocole un résumé de l'examen, sur lequel les valeurs des variations de volume de la cage thoracique sont indiquées en fonction des mouvements respiratoires effectues. Ce résumé est fourni au médecin par une imprimante ou une tireuse. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la mesure de la variation #V du volume V d'un corps présentant un axe transversalement auquel il peut subir une expansion et/ou une contraction, caractérisé en ce que l'on effectue les opérations sui- vantes - on mesure les longueurs li des périmètres ou des pseudopérimetres d'une pluralité n de sections Si (avec 1 # i # n) dudit corps, orthogonales audit axe, avant variation du volume dudit corps ; - on mesure les variations de longueur t li de chacundesdits périmètres ou pseudopérimètres, après variation de volume dudit corps ;; - on détermine pour chaque section Si, un coefficient ki, tel que expression dans laquelle Ai est l'aire de chacunedesdites sections Si, avant variation de volume dudit corps - on calcule pour chacunedesdites sections Si la valeur # Ai = 2ki.li#li, correspondant à la variation de l'aire Ai ; et - on intègre le long de l'axe dudit corps, l'expression A Ai = 2ki.li. Aloi, pour obtenir la variation de volume V. 2.- Procédé selon la revendication 1, appliqué à la ple- thysmographie humaine, caractérisé en ce que les coefficients ki sont déterminés par scannographie. 3.- Procédé selon la revendication 1, applique à la pléthysmographie humaine, caractérisé en ce que l'on utilise une valeur commune k, pour tous les coefficients ki des différentes sections Si d'un même être humain. 4.- Procédé selon la revendication 1, appliqué à la plé- thysmographie humaine, caractérisé en ce que l'on utilise une valeur commune k, pour tous les coefficients ki des différentes sections Si d'êtres humains différents, mais de corpulences semblables. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite valeur k est choisie entre 0,072 et 0,076 en fonction de la corpulence du patient. 6.- Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'on réalise, préalablement à la pléthysmographie proprement dite, une pluralité de mesures sur une pluralité de patients en vue de dresser une table de correspondance donnant, en fonction de la corpulence desdits patients, la valeur commune k correspondante, après quoi, au moment de la pléthysmographie d'un patient, on effectue les opérations suivantes - on mesure les longueurs li des pseudopérimètres d'une pluralité n de sections Si (avec 1 n) du thorax, et éventuellement de l'abdomen, du patient, de direction générale orthogonale à la colonne vertébrale, avant variation de volume desdits thorax et abdomen - on mesure les variations de longueur t li de chacun desdits pseudopérimêtres, après variation du volume du thorax et de l'abdomen - on choisit dans ladite table de correspondance préalablement établie, la valeur commune k applicable au patient en fonction de sa corpulence ; - on calcule pour chacune desdites sections Si la valeur # Ai = 2.k.li. #li, correspondant à la variation de l'aire Ai de chaque section ; et - on intègre le long de la direction générale de la colonne vertébrale, ltexpression tAi=2.k.li.tli, pour obtenir la variation de volume au du thorax et de l'abdomen. 7.- Dispositif pour la mesure de la variation #V du volume V d'un corps présentant un axe transversalement auquel il peut subir une expansion et/ou une contraction, caractérisé en ce qu il comporte - des premiers moyens pour mesurer les longueurs li des périmètres ou des pseudopérimètres d'une pluralité n de sections Si (avec 1E;;ia5En) dudit corps, orthogonales audit axe, avant variation du volume dudit corps, ainsi que pour mesurer les variations de longueur Ali de chacun desdits périmètres et pseudopérimetre, après variation de volume dudit corps - des seconds moyens pour déterminer, pour chaque section Si, un coefficient ki, tel que expression dans laquelle Ai est l'aire de chacune desdites sections Si, avant variation de volume dudit corps ; et - des troisièmes moyens pour calculer, pour chacune desdites sections Si,la valeur #Ai=2.ki.li.#li, correspondant à la variation de l'aire Ai, ainsi que pour intégrer, le long de l'axe dudit corps,l'expression #Ai=2.ki.li.#li, pour obtenir la variation de volume #V. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comportent une pluralité n de liens épousant ledit corps, chacun suivant l'une desdites sections Si, et associés à des capteurs de la variation de périmètre ou de pseudopérimètre desdites sections. 9.- dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits liens sont en une matière non extensible et sont pourvus de repères permettant d'indiquer facilement les longueurs li des périmètres et pseudopérimètres des sections Si. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, destiné à la pléthysmographie humaine, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comportent un gilet s'appliquant sur le thorax d'un patient et sur lequel sont montés la pluralité desdits liens et les capteurs. 11.- Dispositif selon la revendication 7, destiné à la pléthysmographie humaine, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens sont du type scannographe. 12.- Dispositif selon la revendication 7, destiné à la pléthysmographie humaine, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens sont constitués par une table de correspondance donnant en fonction de la corpulence du patient une valeur commune k pouvant être utilisée pour tous les ki.