Brevet FR2942127A1 — publié le 20100820

DISPOSITIF PNEUMOTACHOGRAPHIQUE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [001] L'invention concerne un dispositif pour la mesure des débits de courants inspiratoires et/ou expiratoires d'un sujet, ou pneumotachographe. [002] L'invention concerne également un système et un procédé pour enregistrer simultanément des données acoustiques et pneumotachographiques de la parole provenant d'un sujet. [3] L'invention peut notamment être utilisé dans le domaine de l'orthophonie, de la phonétique et des sciences de la communication parlée. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [4] Un pneumotachographe est un appareil permettant la mesure et l'enregistrement du débit instantané des courants inspiratoires ou expiratoires, et à partir de ceux-ci, par intégration, l'enregistrement des volumes respirés. [5] Les pneumotachographes sont connus et sont couramment utilisés, notamment dans les milieux hospitaliers. Les pneumotachographes de l'art antérieur comprennent un masque rigide comprenant un orifice pour le passage de l'air inspiré ou expiré. Afin de mesurer les débits d'air, une maille plastique ou métallique, placée dans l'orifice du masque, est traversée par l'air circulant dans la direction d'aspiration et dans la direction d'expiration. La maille agit comme une résistance aérodynamique constante de sorte que la valeur de la pression à l'intérieur du masque par rapport à la pression à l'extérieure du masque, c'est-à-dire la pression atmosphérique, varie proportionnellement au débit d'air inspiré et expiré. Ainsi, lorsque l'on mesure la pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur du masque, les débits d'air, inspiré et expiré, peuvent être calculés, en divisant la pression différentielle d'air par la valeur de la résistance aérodynamique de la maille. [006] Toutefois, lorsqu'un sujet portant un tel masque parle, sa voix est déformée par le masque rigide. En outre, le sujet entend sa voix déformée et étouffée par le masque. Par conséquent, l'orateur modifie sa voix, en augmentant notamment son intensité, afin de compenser, en partie, la faible intensité sonore perçue. [007] Ainsi, les pneumotachographes mentionnés ci-dessus ne sont pas adaptés pour l'observation des données acoustiques et pneumotachographiques de la parole. [8] Afin de remédier à ces problèmes, il a été proposé des filtres électroniques permettant de corriger les signaux électriques enregistrés afin de compenser l'étouffement de la voix (Ghio et Teston, 2002). Toutefois, bien que le post traitement de filtrage de la voix puisse être efficace pour compenser les déformations, il ne prend pas en compte les modifications de la voix de l'orateur dues à sa propre perception auditive. [9] Il est également connu des masques de pneumotachographes comportant une multitude d'orifices de passage (17 orifices) de courants inspiratoires et/ou expiratoires, chacun des orifices étant équipé de mailles agissant comme des résistances aérodynamiques, de sorte à créer une pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur du masque (Rothenberg, 1973). Cette solution permet de résoudre efficacement les problèmes de déformation et de modification de la voix. Toutefois, cette solution est complexe et coûteuse. [0010] Afin de résoudre ces problèmes, il est également proposé, dans la demande de brevet US 5 454 375, un dispositif comportant un embout destiné à être placé dans la bouche d'un sujet, une chambre débouchant dans un canal de passage des flux d'air et de moyens de mesure du débit d'air parcourant ledit canal. Afin de limiter les distorsions et l'étouffement de la voix de l'orateur, la chambre est équipée de membranes maintenues sous pression et vibrant librement aux fréquences de perception de la voix. Toutefois, ce dispositif est également complexe, coûteux et peu ergonomique. OBJET DE L'INVENTION [0011] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un dispositif pneumotachographique simple, ergonomique et peu coûteux permettant de résoudre les problèmes de déformation et étouffement de la voix de l'orateur portant le dispositif. [0012] À cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif pneumotachographique, comportant : - un masque destiné à recouvrir la bouche et le nez d'un sujet ; et - des moyens de mesure de la pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur du masque. [0013] Le dispositif est remarquable en ce que le masque est formé dans un matériau transparent aux ondes acoustiques dans le domaine fréquentiel de la parole et présentant une résistance aérodynamique suffisante pour créer lors de l'inspiration ou de l'expiration d'un sujet, une pression différentielle mesurable par lesdits moyens de mesure. [0014] Ainsi, le dispositif pneumotachographique selon l'invention est apte à l'observation simultanée des données acoustiques et pneumotachographiques de la parole. En effet, le masque étant intégralement formé par un matériau transparent aux ondes acoustiques, la voix de l'orateur n'est ni déformée, ni étouffée. [0015] En effet, les ondes sonores traversent le masque sans subir une réflexion significative et le masque ne forme pas une cavité acoustique provoquant une résonance qui déforme le spectre de la parole [0016] En outre, le masque présente une résistance aérodynamique qui permet de créer une pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur du masque représentative des débits d'air inspiré et expiré par le sujet. 3 [0017] Avantageusement, la résistance aérodynamique du masque est inférieure à 0,1 hPa/(I/s) (hecto Pascal divisé par le nombre de litres par seconde) Une résistance aérodynamique d'une telle valeur ne dérange pas le processus de production de la parole. Le masque peut donc être considéré comme acoustiquement transparent dans le domaine fréquentiel de la parole. [0018] Avantageusement, la résistance aérodynamique du masque est supérieure à 0,01 hPa/(I/s). Ainsi, les surpressions ou dépressions occasionnées par l'expiration ou l'inspiration d'air du sujet se situent dans une plage de pression correspondant à la sensibilité de mesure du capteur de pression différentielle [0019] Dans un mode de réalisation préféré, la résistance aérodynamique du masque est comprise entre 0,03 et 0,1 hPa/(I/s). [0020] De préférence, le masque est réalisé dans un matériau souple. Ainsi, le dispositif est ergonomique et léger et s'adapte facilement aux contours du visage. [0021] Avantageusement, le masque est réalisé dans un matériau acoustiquement transparent à base de papier ou matériau similaire comportant des fibres synthétiques. Par conséquent, le dispositif ainsi réalisé est peu coûteux. Ainsi, une partie ou la totalité du dispositif peut être à usage unique, ce qui est préférable pour des applications cliniques. [0022] Avantageusement, le masque comporte un orifice pour sonder la pression d'air à l'intérieur du masque. [0023] Avantageusement, l'orifice présente un diamètre intérieur supérieur à 2 mm, de préférence compris entre 2 et 4 mm. [0024] Avantageusement, les moyens de mesure d'une pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur du masque comportent un capteur de pression différentielle et un tube de sondage connecté, d'une part, audit orifice et, d'autre part, au capteur de pression différentiel. [0025] Avantageusement, le dispositif comporte un manchon de raccordement du tube de sondage, solidaire de l'orifice de passage. Ainsi, le manchon permet un raccordement étanche et provisoire du tube de sondage au masque. [0026] Avantageusement, le dispositif comprend des moyens pour calculer des débits de courants inspiratoires et/ou expiratoires passant à travers le masque en fonction de la mesure de pression différentielle. [0027] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un système d'enregistrement simultané de données acoustiques et pneumotachographiques comprenant un dispositif pneumotachographique selon le premier aspect de l'invention et un microphone. [0028] Enfin, selon un troisième aspect, l'invention concerne un procédé d'enregistrement simultané de données acoustiques et pneumotachographiques dans lequel on utilise un système d'enregistrement selon le deuxième aspect de l'invention. [0029] Pour résumé, le dispositif pneumotachographique selon l'invention est tout à fait approprié pour l'observation des phénomènes de la parole, ergonomique, compact, léger et peu coûteux. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0030] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un sujet équipé d'un système d'enregistrement simultané de données acoustiques et pneumotachographiques comprenant un dispositif pneumotachographique selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif pneumotachographique selon l'invention ; - la figure 3 est un graphique représentant les spectres des débits d'air expiré par un orateur prononçant la voyelle [a], mesurés avec un dispositif pneumotachographique à masque rigide, selon l'art antérieur (courbe a), et mesuré avec un dispositif selon l'invention (courbe b) ; - la figure 4 est un graphique représentant les spectres sonores émis par un orateur prononçant la voyelle [a], lorsque l'orateur porte un dispositif pneumotachographique à masque rigide selon l'art antérieur (courbe a) et lorsqu'il porte un dispositif selon l'invention (courbe b). EXEMPLE DE RÉALISATION [0031] Le dispositif pneumotachographique 1, illustré sur les figures 1 et 2, comporte un masque 2 qui recouvre la bouche et le nez d'un sujet. [0032] Le masque 2 est intégralement formé dans un matériau transparent aux ondes acoustiques dans le domaine fréquentiel de la parole. Ainsi, la voix de l'orateur n'est pas étouffée ou déformée. [0033] En d'autres termes, la résistance globale du masque doit être inférieure à 0,1 hPa/(I/s), afin de ne pas perturber le processus de production de la parole. Le matériau formant le masque 2 est donc sensiblement perméable aux gaz de manière à permettre le passage des ondes acoustiques et des courants inspiratoires et/ou expiratoires à travers le masque 2. [0034] Toutefois, le matériau formant le masque doit présenter une résistance aérodynamique suffisante pour créer une pression différentielle lors de l'inspiration ou de l'expiration du sujet. La pression différentielle ainsi créée doit être suffisamment grande pour permettre sa mesure par des capteurs de pression différentielle � standard �. Pour ce faire, la résistance globale du masque doit être, de préférence, supérieure à 0,03 hPa/(I/s). [0035] Des masques 2 dont la résistance aérodynamique est comprise entre 0,03 et 0,1 hPa/(I/s) sont particulièrement adaptés aux contraintes mentionnées ci-dessus. [0036] De préférence, le masque 2 est formé par au moins une feuille souple dont la forme est agencée pour s'adapter aux contours du visage. L'épaisseur de la feuille est l'ordre de 0,4 mm. Sur la figure 1, le masque 2 comprend une portion inférieure 8, de forme sensiblement ovale, pour recouvrir la bouche du sujet et une portion supérieure, en forme de bande 9, pour recouvrir la partie inférieure du nez du sujet. [0037] La (les) feuilles formant le masque sont, par exemple, des feuilles de papier ou de matériaux similaires à base de fibres synthétiques. [0038] Dans le mode de réalisation représenté, afin de minimiser les fuites d'air en périphérie du masque 2, le masque 2 comporte un bord rabattu 10 sur sa périphérie. Afin d'augmenter davantage l'étanchéité, le bord rabattu 10 pourra contenir une armature métallique ou une bandelette élastique. [0039] Des moyens d'attache 11 permettent de fixer le masque 2 sur le visage du sujet. De préférence, afin d'assurer le confort, l'ergonomie du masque 2, les moyens d'attache 11 sont des bandelettes élastiques dont les extrémités sont fixées aux bords latéraux du masque 2. [0040] Par ailleurs, le masque 2 présente un orifice 3 permettant de sonder la pression à l'intérieur du masque 2. Le diamètre intérieur dudit orifice 3 de passage est supérieur à 2 mm, et de préférence compris entre 2 et 4 mm. Le dispositif 1 comprend également un tube de sondage 4 en silicone qui est connecté d'une part à l'orifice 3 de sondage et, d'autre part, à un capteur de pression différentiel, non représenté. [0041] Le capteur de pression différentiel possède ainsi deux entrées. Une première entrée est connectée au masque 2 via le tube de sondage 4 alors que la seconde entrée est soumise à la pression atmosphérique. Ainsi, le capteur délivre une tension de sortie qui est proportionnelle à la différence entre la pression dans le tube de mesure 4 et la pression atmosphérique. [0042] Le dispositif peut également comporter une unité de calcul, non représentée, permettant de déterminer des débits de courants inspiratoires et/ou expiratoires passant à travers le masque 2 en fonction de la mesure de pression différentielle. En effet, la pression différentielle mesurée étant proportionnelle au débit de l'écoulement d'air à travers le masque 2, les débits instantanés des courants inspiratoires et expiratoires peuvent être mesurés, et, par intégration, si nécessaire, les volumes respirés. [0043] Avantageusement, le dispositif 1 comprend également un manchon 5 de raccordement du tube 4 de sondage. Ce manchon 5 de raccordement est fixé de manière étanche aux bords de l'orifice 3. Le manchon 5 permet un raccordement étanche et provisoire du tube 4 de sondage au masque 2. Ainsi, alors que le masque 1, peu coûteux, est à usage unique, le tube de mesure 4 et le capteur de pression différentiel peuvent être utilisés à de nombreuses reprises. [0044] L'invention concerne également un système 6 d'enregistrement simultané de données acoustiques et pneumotachographiques, représenté sur la figure 1. Le système 6 comprend un dispositif pneumotachographique 1 selon l'invention, tel que décrit ci-dessus, et un microphone 7 pour transformer les ondes acoustiques en signaux électriques. [0045] Les figures 3 et 4 représentent respectivement les spectres des débits d'air et des ondes sonores produits par un orateur lorsqu'il prononce la voyelle [a]. Les spectres a) sont enregistrés lorsque le sujet porte un pneumotachographe, selon l'art antérieur, équipé d'un masque rigide du type masque d'anesthésie. Les spectres b) sont enregistrés lorsque le sujet porte un dispositif 1 selon l'invention. [0046] La figure 3 montre que les spectres de débits d'air obtenus avec le pneumotachographe de l'art antérieur et avec le dispositif selon l'invention sont comparables, les différences entre les deux spectres étant dues en partie au fait que ces spectres sont calculés à partir de différentes occurrences. Ainsi, cet exemple démontre qu'il n'y a pas de différence significative entre les mesures des débits d'air obtenus avec un dispositif selon l'invention et celles obtenues avec un pneumotachographe à masque rigide. [0047] La figure 4 illustre les spectres d'ondes sonores avec le pneumotachographe selon l'art antérieur et avec le dispositif 1 selon l'invention. Avec le dispositif 1 selon l'invention, le spectre de la voyelle est complet et ne présente pas de déformation contrairement au spectre enregistré avec le pneumotachographe selon l'art antérieur. [0048] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. [0049] On notera par exemple que dans un mode de réalisation de l'invention, non illustré, le masque 2 est divisé horizontalement, en deux compartiments, par une membrane souple et complètement imperméable à l'air. Le compartiment supérieur recouvre le nez du sujet alors que le compartiment inférieur recouvre la bouche du sujet. Chaque compartiment présente un orifice 3, et un tube 4 de sondage connecté d'une part à l'orifice 3 par un manchon de raccordement 5 et, d'autre part, à un capteur de pression différentiel. Ce mode de réalisation permet de mesurer séparément le débit d'air nasal et le débit d'air oral. REVENDICATIONS1. Dispositif pneumotachographique (1), comportant : - un masque (2) destiné à recouvrir la bouche et le nez d'un sujet ; et - des moyens de mesure de la pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur du masque (2) ; ledit dispositif étant caractérisé en ce que le masque (2) est formé dans un matériau transparent aux ondes acoustiques dans le domaine fréquentiel de la parole, et présentant une résistance aérodynamique suffisante pour créer lors de l'inspiration ou de l'expiration du sujet, une pression différentielle mesurable par lesdits moyens de mesure. 2. Dispositif pneumotachographique (1) selon la revendication 1, dans lequel la résistance aérodynamique du masque (2) est inférieure à 0,1 hPa/(I/s). 3. Dispositif pneumotachographique (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la résistance aérodynamique du masque (2) est supérieure à 0,03 hPa/(I/s). 4. Dispositif pneumotachographique (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la résistance aérodynamique du masque (2) est comprise entre 0,03 et 0,1 hPa/(I/s). 5. Dispositif pneumotachographique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le masque (3) est réalisé dans un matériau souple. 6. Dispositif pneumotachographique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le masque (3) est réalisé dans un matériau acoustiquement transparent à base de papier ou matériau similaire comportant des fibres synthétiques. 7. Dispositif pneumotachographique (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le masque (2) comporte un orifice (3) pour sonder la pression d'air à l'intérieur du masque (2). 8. Dispositif pneumotachographique (1) selon la revendication 7, dans lequel l'orifice (3) présente un diamètre intérieur supérieur à 2 mm, de préférence compris entre 2 et 4 mm. 9. Dispositif pneumotachographique (1) selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel les moyens de mesure d'une pression différentielle entre l'intérieur et l'extérieur du masque (2) comportent un capteur de pression différentielle et un tube (4) de sondage connecté, d'une part, audit orifice (3) et, d'autre part, au capteur de pression différentiel. 10. Dispositif pneumotachographique (1) selon la revendication 9, comprenant un manchon de raccordement (5) du tube (4) de sondage, solidaire de l'orifice de passage (3). 11. Dispositif pneumotachographique (1) selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant des moyens pour calculer des débits de courants inspiratoires et/ou expiratoires passant à travers le masque en fonction de la mesure de pression différentielle. 12. Système d'enregistrement (6) simultané de données acoustiques et pneumotachographiques comprenant un dispositif pneumotachographique selon l'une des revendications 1 à 11 et un microphone (7). 13. Procédé d'enregistrement simultané de données acoustiques et pneumotachographiques dans lequel on utilise un système d'enregistrement (6) selon la revendication 12.