Brevet FR2657770A1 — publié le 19910809

PROCEDE DE TRAITEMENT D'ARTEFACTS AFFECTANT DES SIGNAUX RESPIRATOIRES ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte à un procédé de traitement d'artefacts affectant des signaux respiratoires et à un dispositif de mise en oeuvre. Des expériences menées en milieu hospitalier ont montré l'importance de la connaissance des mouvements respiratoires dans de nombreux cas surveillance d'athlètes, réanimation, détection de somnolence, etc. On connaît des appareils produisant des signaux électriques qui sont fonction des mouvements respiratoires des patients. Les signaux électriques fournis par ces appareils et qui seront appelés par la suite "signaux respiratoires" ont une allure sensiblement sinusoïdale qui permet leur exploitation de façon relativement simple par visualisation sur un écran d'oscilloscope ou par enregistrement, par exemple sur une bande de papier, pour exploitation ultérieure. Ces signaux peuvent également être traités automatiquement, mais dans ce cas, ils doivent comporter le moins de parasites possible. Les causes de parasitage des signaux respiratoires sont essentiellement les battements cardiaques et les mouvements, en particulier les mouvements brusques des membres supérieurs, des patients. Les parasites dus aux battements cardiaques sont de faible amplitude et relativement réguliers. Ils peuvent être facilement atténués ou éliminés par filtrage. Par contre, les parasites dus aux mouvements des patients sont de nature aléatoire et souvent de forte amplitude. Ils peuvent parfois être confondus, dans un appareil de traitement automatique, avec des signaux purement respiratoires, et donc fausser complètement le traitement automatique effectué en aval. La présente invention a pour objet un procédé de traitement de tels artefacts ne pouvant être éliminés par filtrage, qui permette d'éliminer l'influence de ces artefacts, ou ces artefacts eux-mêmes. La présente invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le procédé conforme à l'invention consiste à découper le signal respiratoire en périodes comportant chacune une phase respiratoire et une phase expiratoire, à mesurer à chaque période les durées respectives de ces phases ; à comparer à chaque période les durées des phases à une valeur de référence et à décider qu lune phase est achevée, si elle a sensiblement la même durée qu au moins la phase correspondante précédente. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est un bloc diagramme simplifié d'un appareil de mise en oeuvre du procédé de l'invention, et - la figure 2 est un ensemble de chronogrammes de signaux respiratoires présentant différents artefacts. L'appareil 1 représenté en figure 1 peut servir non seulement à visualiser des signaux respiratoires, mais surtout est destiné à permettre le traitement automatique ultérieur de ces signaux : surveillance de patients, analyse sur une longue période (plusieurs jours), expériences diverses, graphes, histogrammes... L'appareil 1 comporte un capteur 2, avantageusement du type à électrodes, tel que celui décrit dans la Demande de Brevet français n0 89 12477. Le capteur 2 est relié à un filtre 3 approprié éliminant du signal du capteur 2 les parasites (battements cardiaques) présentant des caractéristiques de fréquence (fréquence basse et régulière) les rendant aisément filtrables. Le filtre 3 est suivi d'un convertisseur analogique-numérique 4, lui-même suivi d'une mémoire 5 capable de mémoriser les échantillons de la dernière période du signal respiratoire. La mémoire 5 est lue par un dispositif d'analyse 6. Le dispositif 6 analyse la durée des phases successives du signal mémorisé dans la mémoire 5 ainsi que le sens de variation de ce signal. Ce dispositif 6 comporte un calculateur exécutant un programme mettant en oeuvre le procédé décrit ci-dessous, la réalisation de ce programme étant évidente pour l'homme de l'art à la lecture de la description ci-dessous. A l'initialisation, lors de la première période du signal respiratoire, il est évident que le dispositif 6 ne peut effectuer de comparaison, mais il peut soit partir d'une valeur moyenne mémorisée à titre de référence initiale, soit être réglé manuellement à partir de l'observation du signal sur un oscilloscope par un opérateur, soit procéder automatiquement à la mesure de plusieurs des premières périodes du signal respiratoire et en déduire une valeur moyenne qui servira de référence au début du processus, l'exploitation du signal respiratoire ne commençant qu'après les premières périodes, lorsqu'une valeur minimale de durée de cycle respiratoire a été déterminée ou donnée par l'utilisateur. En régime établi, le dispositif 6 détermine le sens de variation de l'amplitude du signal respiratoire pour en déduire s'il s'agit de la phase inspiratoire ou expiratoire. En l'absence d'artefacts, la détection d'un minimum signifie que la phase qui le suit est une phase inspiratoire, et la détection d'un maximum signifie que la phase qui le suit est une phase expiratoire. Le dispositif 6 peut alors mémoriser les durées respectives de ces deux phases. S'il se produit un artefact dans une de ces deux phases, celui-ci se traduit par une déformation en forme de pic du signal respiratoire. Suivant la phase au cours de laquelle se produit cet artefact, son début pourrait être interprété par un dispositif de type classique, comme le début d'une phase d'inspiration ou d'expiration. Les trois cas possibles ont été représentés en figure 2 sur les diagrammes a) à c). En a), l'artefact AI se produit pendant la phase d'inspiration. On a référencé TO le début de la phase d'inspiration en question. Le pic de l'artefact apparaît à l'instant T1 au bout d'un temps Til après TO. Entre TO et T1, le signal est constamment croissant. Après ce pic, entre les instants T1 et T2 (étape de durée Tel), le signal diminue légèrement pour atteindre un minimum en T2, puis remonte jusqu'à un maximum qu'il atteint à l'instant T3, au bout d'un temps T2. Peu après T2, l'allure du signal devient celle qu'elle aurait été sans la présence de l'artefact. Après le maximum de T3, le signal descend régulièrement jusqu a un minimum qu'il atteint en T4, au bout d'un temps Te2 après T3. Dans ce premier cas, la durée correcte de la phase d'inspiration est Ti = Til+Tel+Ti2, et la durée de la phase d'expiration est bien Te2. Dans le cas b) de la figure 2, l'artefact A2 se produit pendant la phase d'expiration. Entre les instants T'O et T'1 (laps de temps Ti'1) a lieu la phase d'inspiration, qui n'est pas perturbée. T'il est bien la durée réelle de la phase d'inspiration. A l'instant T'2 (au bout d'un temps Te'1 après T'1) se produit un faux minimum dû à l'artefact A2. Au bout d'un temps Ti'2, après T'2, c'est-à-dire au temps T3, la courbe atteint un faux maximum correspondant à la pointe de l'artefact A2, puis redescend pendant un temps Te'2, et atteint en T'4 un vrai minimum. La durée de la phase d'expiration est T'e = Te'1 + Ti'2 + Te'2. Dans le cas c) de la figure 2, l'artefact A3 se produit à la fin de la phase d'expiration. La phase d'inspiration entre les instants T"O et T"1, a une durée Ti"1 normale. La phase d'expiration débute de façon normale, mais au bout d'un temps Te"1 se produit, à l'instant T"2, un faux minimum dû à l'artefact A3. Pendant un temps Ti"2, la courbe remonte jusqu a un faux maximum qu'elle atteint en T"3, puis redescend pendant un temps Te"2 jusqu a un vrai minimum qu'elle atteint en T"4. La durée de la phase d'expiration est Te" = Te"1 + Ti"2 + Te"2. Pour ne pas interpréter les fronts montants des artefacts A2 et A3 comme des débuts de phases d'inspiration, et le front descendant de Ai comme un début de phase d'expiration, l'invention prévoit de détecter ces phases incorrectes en mesurant leur durée qui est comparée à une valeur de référence. Cette valeur de référence est fixe mais dépend du sujet et de l'expérience. Par conséquent, on peut admettre que pour chacune des deux phases d'un cycle donné la valeur de référence est la durée minimale que peut avoir la phase correspondante du cycle respiratoire. La comparaison est effectuée de la façon suivante 1/ Tant que la phase supposée expiratoire du cycle considéré (échantillons successifs du signal décroissant constamment) n'est pas de durée correcte (inférieure à la valeur de référence) le cycle en question appartient à la phase inspiratoire du cycle précédent (on est en présence d'un artefact). 2/ Lorsque la durée de la phase expiratoire mesurée atteint la valeur de référence on considère que la durée de la phase inspiratoire précédente est bien correcte. 3/ Pour la phase suivante, qui est la phase expiratoire, on considère que tant que la phase inspiratoire du cycle suivant n'a pas atteint la durée suffisante de référence, on est toujours en phase expiratoire. 4/ Dès que la phase examinée en 3) atteint la durée suffisante, elle est considérée comme correcte, et on peut alors conclure que la phase précédente est bien une phase expiratoire et que sa durée que l'on vient de déterminer est correcte. Ainsi, dès que l'on a vérifié les conditions énoncées ci-dessus en 2) et 4), on a déterminé un cycle complet inspiration/expiration qui doit correspondre à la réalité du signal respiratoire. On peut alors, si nécessaire, reconstruire ce signal réel en remplaçant les échantillons relatifs aux phases incorrectes par des valeurs interpolées d'après les valeurs des parties de phases correctes encadrant ces phases incorrectes. Par exemple, pour le cas a) de la figure 2, la phase incorrecte est Tel (de durée trop courte). Il faut remplacer les échantillons de Tel et les échantillons précédents, c'est-à-dire ceux arrivés pendant un laps de temps T avant Tl, avec, par exemple, T = 2. Tel, par les échantillons correspondants de la phase homologue précédente, ces échantillons de remplacement étant tous multipliés par un même coefficient correcteur qui est fonction de la variation d'amplitude du signal depuis la phase homologue précédente. Ce coefficient peut par exemple être égal à l'inverse du rapport des valeurs des maxima et/ou des minima de ces deux phases, ou en faisant une interpolation linéaire par rapport au minimum et au maximum du cycle respiratoire considéré. De même, pour les cas b) et c) de la figure 2, on remplace les échantillons des fausses phases d'inspiration (T'i2 et Ti"2) et les échantillons perturbés suivants par des échantillons interpolés. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'artefacts affectant un signal respiratoire, caractérisé par le fait qu'il consiste à découper le signal respiratoire en périodes comportant chacune une phase inspiratoire et une phase expiratoire, à mesurer à chaque période les durées respectives de ces phases, à comparer à chaque période les durées des phases à une valeur de référence et à décider qu'une phase est achevée si elle a sensiblement la même durée qu'au moins la phase correspondante précédente. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on suppose amorcées les phases inspiratoire et expiratoire dès que l'amplitude du signal respiratoire commence à augmenter ou à diminuer, respectivement. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que si la phase supposée expiratoire nta pas une durée supérieure à une valeur de référence, on considère qu'elle correspond encore à la phase inspiratoire la précédant, et que dès qu'elle dépasse cette valeur de référence, on considère que la phase inspiratoire la précédant est achevée. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que tant que la phase supposée inspiratoire n'a pas une durée supérieure à une valeur de référence, on considère qu'elle correspond encore à la phase expiratoire la précédant, et que dès qu'elle dépasse cette valeur, on considère que la phase expiratoire la précédant est achevée. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que la valeur de référence est une valeur glissante déduite de la durée des phases d'inspiration et d'expiration d'au moins un cycle précédent. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait qu a l'initialisation, la valeur de référence est une valeur moyenne mémorisée à titre de référence initiale. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait qu'à l'initialisation la valeur de référence est déterminée à partir de la mesure de plusieurs des premières périodes du signal respiratoire. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un artefact correspond à une phase de durée inférieure à la valeur de référence. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on remplace la partie du signal respiratoire affectée par un artefact par une partie correspondante de signal correct. 10. Dispositif de traitement d'artefacts affectant un signal respiratoire, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur (2), un filtre (3), un convertisseur analogique-numérique (4), une mémoire (5) et un dispositif d'analyse de durée de phases (6).