Brevet FR3070590A1 — publié le 20190308

METHODE D'EVALUATION DE LA MATURATION D'UN BEBE PREMATURE ET SYSTEME ASSOCIE 1. Domaine de l'invention. La présente invention concerne une méthode d'évaluation d'un niveau de maturation d'un bébé prématuré à partir d'éléments statistiques. 2. Etat de l'art. Il est connu que le système nerveux autonome agit sur beaucoup d'organes, dont le coeur et que la variabilité cardiaque reflète l'influence du système autonome sur le coeur. La variabilité de la fréquence cardiaque, 15 encore appelée VFC, est une mesure pratique, non-invasive et reproductible de la fonction du système nerveux autonome. Bien que le coeur soit relativement stable, les temps entre deux battements cardiaques peuvent être très différents. La VFC est la variation dans le temps de battements cardiaques consécutifs. Elle est censée correspondre à l'équilibre entre les 20 influences sympathique et parasympathique sur le rythme intrinsèque du noeud sino-auriculaire. La mesure de la VFC est d'un grand intérêt dans la pratique médicale pour prédire et évaluer des risques cardio-métaboliques. Chez le foetus, l'analyse du rythme cardiaque est utile pour détecter une anomalie pouvant survenir soit lors de la grossesse, soit lors de 25 l'accouchement. L'analyse du rythme cardiaque foetal se base généralement sur quatre critères : le rythme de base, la variabilité de ce rythme de base, les accélérations et la présence éventuelle de ralentissement. D'autres outils sont connus et participent à l'appréciation de la maturation du foetus. Ainsi l'échographie obstétricale, l'échographie doppler 30 aident à l'établissement de scores biophysiques d'évaluation d'un état foetal. D'autres moyens existent mais qui ont l'inconvénient d'être invasifs, tels que, par exemple, l'amniocentèse ou la ponction de sang foetal. 2 Si la maturation d'un foetus peut-être évaluée par les moyens décrits ci-avant, il est également important et appréciable de pouvoir évaluer la maturation d'un bébé après la naissance. L'appréciation de la maturation d'un nouveau-né prématuré se révèle précieuse et peut être améliorée. 5 3. Résumé de l'invention. L'invention permet d'améliorer au moins certains des inconvénients de l'art antérieur en proposant une méthode de détermination 10 d'un indice permettant d'évaluer objectivement la maturation des bébés ainsi qu'un système adapté à la mise en oeuvre de la méthode. Ainsi l'invention concerne une méthode non-invasive de détermination de la maturation d'un bébé comprenant un échantillonnage d'un signal cardiaque du bébé considéré, lequel échantillonnage est constitué d'une suite d'échantillons temporels définissant respectivement des intervalles de temps qui séparent deux battements cardiaques successifs, à partir d'un électrocardiogramme réalisé sur le bébé, la méthode comprenant notamment : une conversion de la pluralité d'échantillons temporels en données représentatives d'un graphe de visibilité, une détermination d'au moins un indice (une valeur) à partir desdites données représentatives du graphe de visibilité précédemment réalisé, une comparaison de cet au moins un indice déterminé avec un ou plusieurs indices statistiques prédéfinis et représentatifs de la maturation d'une pluralité de bébés nés à terme, une représentation visuelle d'une distance (ou d'une grandeur représentative de cette distance) entre au moins l'indice déterminé à partir des données représentatives du graphe de visibilité et les plusieurs indices statistiques. 3 L'invention concerne également un système de détermination de la maturation d'un bébé comprenant un échantillonnage d'un signal cardiaque du bébé (acquisition du signal électrocardiographique du bébé et sa conversion en une nouvelle série), l'échantillonnage étant constitué d'une 5 suite d'échantillons temporels définissant respectivement des intervalles de temps qui séparent deux battements cardiaques successifs, le système comprenant notamment : un module de conversion d'une pluralité d'échantillons temporels du signal cardiaque du bébé en données représentatives d'un graphe de 10 visibilité instancié dans le système, un module de détermination d'au moins un indice (ou valeur) à partir des données représentatives du graphe de visibilité instancié, un module d'analyse adapté à la comparaison de cet au moins un indice déterminé avec un ou plusieurs indices statistiques 15 représentatifs de la maturation d'une pluralité de bébés nés à terme, et, un module de représentation visuelle d'une grandeur représentative d'une distance entre l'au moins un indice déterminé et les plusieurs indices statistiques prédéfinis représentatifs de la maturation d'une 20 pluralité de bébés nés à terme. Selon un mode de réalisation de l'invention, la méthode comprend la détermination d'au moins un indice linéaire représentatif de la variabilité de la fréquence cardiaque. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention, la méthode comprend la détermination d'au moins un indice non-linéaire de la variabilité de la fréquence cardiaque. 30 L'invention concerne aussi un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour exécuter les étapes de la 4 méthode décrite ci-avant lorsque ce programme est exécuté sur un ordinateur. Avantageusement, la mise en oeuvre de la méthode selon 5 l'invention permet la détection d'infection chez le bébé dont les données représentatives de la variabilité de sa fréquence cardiaques sont analysées. Avantageusement encore, la méthode peut être utilisée pour l'évaluation de risques cardiaques chez un adulte tout au long de sa vie, par exemple. 10 4. Liste des figures. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et 15 avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est un diagramme de représentation d'étapes de la méthode selon un mode de réalisation particulier et non limitatif 20 de l'invention. - la figure 2 représente un système adapté à la mise en oeuvre de la méthode illustrée par la figure 1, selon un mode particulier et non limitatif de l'invention. - la figure 3 illustre le principe des graphes de visibilité 25 astucieusement utilisé dans la méthode d'évaluation de la maturité d'un bébé selon l'invention. 5. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention. 5 La figure 1 est un diagramme de représentation d'étapes de la méthode selon un mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention. 5 L'étape SO est une étape d'initialisation de la méthode au terme de laquelle un système mettant en oeuvre la méthode est configuré pour opérer à partir des données représentatives d'un signal cardiaque d'un bébé constitué d'une suite d'échantillons temporels RRi définissant respectivement 10 des intervalles de temps qui séparent deux battements cardiaques successifs. L'étape SO constitue, outre l'initialisation et la configuration des différents éléments du système, un enregistrement et un prétraitement de signaux analogiques prélevés au cours d'un électrocardiogramme réalisé sur le bébé sujet à une analyse visant à déterminer son degré de maturation. Les 15 intervalles RRi sont extraits par la mise en oeuvre d'un algorithme similaire à celui de Pan et Tompkins, qui détecte les complexes QRS en fonction des analyses numériques de la pente, de l'amplitude et de la largeur du signal ECG. En mettant en oeuvre des coefficients de filtrage spécifiquement adaptés aux nouveaux nés. Selon un mode de réalisation particulier et non 20 limitatif de l'invention, une fenêtre glissante de cinq minutes avec chevauchement de 50% est utilisée. Les paramètres de la variabilité cardiaque sont calculés sur des segments temporels (intervalles de temps) de cinq minutes sélectionnés comme les segments les plus stationnaires chaque trente minutes. Selon un mode de réalisation de l'invention, des 25 filtres de Kaplan sont utilisés pour éliminer certains artefacts de la série RRi numérisée. Au terme de la configuration que constitue l'étape SO, une suite de données RRi est enregistrée dans une mémoire du système mettant en oeuvre la méthode. 30 L'étape S1 constitue une conversion de la pluralité d'échantillons temporels RRi ainsi rendus disponibles en mémoire en données représentatives d'un graphe de visibilité GV. Chacun des points de la série 6 temporelle RRi est transformé en un noeud du graphe de visibilité alors instancié dans la mémoire du système. Des connectivités entre les différents noeuds sont déterminés par un critère de visibilité tel que : Deux noeuds quelconques (te, yi) et (ti, y]) deviennent connectés si un autre 5 noeud (tk, Yk) tel que ti Yk et Yi > Yk [2] Un nouveau graphe de visibilité VD peut alors être obtenu en effectuant la différence entre les liens du graphe de visibilité GV et les liens de la visibilité horizontale VH. Ainsi, la moyenne de la séquence de VD est égale à: 20 MD_D = MD_V - MD_H Selon un mode de réalisation de l'invention, du graphe de visibilité GV sont extraits des coefficients (indices) le caractérisant. Cela revient à dire qu'en fonction des connexions entre les noeuds du réseau découlant du graphe de visibilité GV on calcule un ou plusieurs indices qui caractérisent ce 25 réseau de noeuds. Il peut s'agir de l'assortativité ASSOR ou encore de la transitivité TRANS, à titre d'exemples non-limitatifs. Cette méthode est 7 valable dès lors que les durées d'observation sont les mêmes pour la définition des paramètres préenregistrés représentant une cohorte de bébés et le ou les indices caractérisant la maturité d'un bébé considéré isolément. 5 L'étape S2 est une étape de détermination d'un ou plusieurs indices qui caractérisent un réseau défini par l'ensemble des noeuds obtenus. Par exemple, des indices d'assortativité ASSORT et de transitivité TRANS sont déterminés. L'assortativité ASSOR constitue une mesure globale équivalente à la corrélation de Pearson entre les degrés de chacun 10 des couples de noeuds, il fournit des informations sur le comportement dynamique du réseau et la transitivité TRANS quantifie à quel point les voisins d'un noeud sont connectés et reflète donc la densité du réseau. L'étape S3 constitue une comparaison d'au moins l'indice déterminé à l'étape S2 avec un ou plusieurs indices statistiques (ATi, Pmi, 15 Epi) représentatifs de la maturation d'une pluralité de bébés. Selon un mode de réalisation de l'invention, les indices ATi sont des indices statistiques qui représentent une cohorte de bébés nés à terme, les indices Pmi sont des indices statistiques qui représentent une cohorte de bébés nés prématurés et les indices Epi sont des indices statistiques qui représentent une cohorte de 20 bébés nés extrêmement prématurés. Ces indices sont appris sur une cohorte représentative d'une population de bébés, précédemment à une analyse mettant en oeuvre la méthode mais ciblée sur un sujet bébé considéré isolément (visant à déterminer son degré de maturité), et en procédant selon la méthode pour chacun des sujets de la cohorte considérée. 25 L'étape S4 constitue une représentation visuelle d'une distance D ou d'une grandeur représentative de cette distance D entre au moins un indice déterminé et plusieurs indices prédéfinis par analyse statistique, enregistrés dans la mémoire du système. 8 La représentation peut être graphique, de type graphe en étoile, ou point en superposition de zones d'un espace qui sont respectivement représentatives de degrés de maturité, ou de type « bargraph » indiquant un degré de maturité entre des extrêmes « à terme » et « très prématuré », à 5 titres d'exemples. Cette liste d'exemples étant bien évidemment non-exhaustive. Selon un mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention, la méthode de représentation visuelle s'appuie sur un ou 10 plusieurs graphes faisant apparaitre un point en superposition d'une ou plusieurs zones représentatives d'un état, tel que, par exemple, un degré de pré maturation ou de maturation et rendant possible une classification ou une tendance parmi ou vers des degrés prédéterminés de maturation. 15 Avantageusement, la représentation utilise des graphes dits « boites à moustache » communément utilisées dans la représentation de grandeurs statistiques. En d'autres termes, l'étape S3 constitue une comparaison des indices déterminés à l'étape S2 et qui sont obtenus par des opérations 20 mettant en oeuvre un graphe de visibilité (et le réseau de noeuds en correspondance) et des indicateurs prédéterminés et précédemment enregistrés dans la mémoire du système, décrivant la variabilité de la fréquence cardiaque (indices temporels, fréquentiels et non linéaires). Ces indices sont calculés à partir de cohortes de bébés prématurés et des bébés 25 nés à terme, représentatifs de la population en termes de maturation, avant l'analyse décrite selon la méthode de l'invention appliquée à un sujet nouveau-né considéré isolément. L'étape S4 constitue une représentation visuelle d'une distance D ou d'une grandeur représentative de cette distance D entre le ou les 30 indices déterminés par la méthode selon l'invention et un ensemble déterminé d'indices similaires prédéfinis et préenregistrés. 9 Selon un mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention, la méthode de représentation visuelle s'appuie sur une procédure statistique qui utilise une transformation linéaire orthogonale pour convertir 5 l'ensemble des indices venant des bébés nés à terme en un nouvel espace où les informations sont résumées en gardant la plus grande variance, faisant apparaître une ou plusieurs zones représentatives d'un état, tel que, par exemple, un degré de pré-maturation ou de maturation. Les bébés prématurés sont ensuite projetés sur cet espace comme des individus 10 supplémentaires en rendant possible une classification parmi des degrés prédéterminés de maturation. Avantageusement, la représentation utilise des graphes dits « boites à moustache » communément utilisées dans la représentation de 15 grandeurs statistiques. Sur la figure 2, les modules représentés sont des unités fonctionnelles, qui correspondent ou non à des unités physiquement distinguables. Par exemple, ces modules ou certains d'entre eux sont 20 regroupés dans un unique composant, ou constitués des fonctionnalités d'un même logiciel. A contrario, selon d'autres modes de réalisation, certains modules sont composés d'entités physiques séparées. La figure 2 représente un système SYS de détermination de la maturation d'un bébé à partir d'un échantillonnage d'un signal cardiaque du 25 bébé sujet à l'analyse. Le système SYS comprend une unité de contrôle adaptée à la réalisation d'opérations classiques d'acquisition et de traitements de signaux et de données analogiques et numériques, d'opérations de calcul d'analyse numérique et statistique ainsi qu'à toute autre opération classiquement effectuée par un ordinateur. L'unité de 30 contrôle et d'analyse CTRL comprend un ou plusieurs microcontrôleurs internes ainsi qu'une interface de connexion à un bus partagé rapide, 10 bidirectionnel et multiplexé BUS1. Le système SYS comprend également un module ADC de conversion de signaux analogiques en données numériques, un module CONVERTER d'analyse numérique et de calcul configuré pour la mise en oeuvre d'opérations sur des données instanciant un ou plusieurs 5 graphes de visibilités, un module COMPAR configuré pour la comparaison d'indices ou indicateurs déterminés avec des indices ou indicateurs statistiques préalablement enregistrés dans le système SYS, un module mémoire de travail MEM adapté au stockage temporaire de données utiles à des opérations statistiques ainsi qu'un module de mémoire non-volatile 10 adapté au stockage de codes logiciels correspondant à des programmes et algorithmes ainsi qu'à des données statistiques prédéfinies, préenregistrées et issues d'opérations statistiques antérieures à la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention. Le module ADC est en capacité de convertir des signaux analogiques en provenance d'une pluralité de sondes P1, P2, Pn 15 utilisées pour la réalisation d'électrocardiogrammes, et en particulier adaptés à la pratique d'électrocardiogrammes sur un nouveau né. Le module ADC comprend également un ou plusieurs filtres configurés pour l'élimination de bruits parasites lors de séquences d'enregistrement de signaux constituant un électrocardiogramme. Bien évidemment, le système SYS comprend 20 également l'ensemble des éléments habituels d'un système à microcontrôleur, tels que, à titre d'exemples non-limitatifs, des circuits d'alimentations, des interfaces de puissance, un ou plusieurs circuits d'horloges, un ou plusieurs circuits de remise à zéro, des ports d'entrées-sorties, des entrées d'interruptions, des modules de gestion de partages de 25 bus et de modules mémoires. Le système SYS comprend enfin un module d'affichage DISP comprenant un écran haute-résolution adapté à la représentation d'objets graphiques et textuels, en couleur, et pourvu d'une interface de sortie audio comprenant un dispositif générateur de sons. 30 L'ensemble des éléments constituant l'architecture du coeur numérique du système SYS n'est pas décrit ici plus en détails, car bien II connu de l'homme du métier des dispositifs numériques de traitement du signal et du calcul, et dans le mesure où ces éléments ne sont pas utiles à la compréhension de l'invention présentée. Lorsque le système SYS est utilisé pour la mise en oeuvre de la 5 méthode selon l'invention, des signaux analogiques représentatifs des battements cardiaques d'un bébé prématuré sont relevés lors d'un électrocardiogramme et transmis au module ADC par l'intermédiaire des sondes PI, P2, Pn. Ces signaux sont alors traités par le modules ADC et convertis en une suite d'échantillons temporels RRi définissant 10 respectivement des intervalles de temps qui séparent deux battements cardiaques successifs d'un bébé prématuré, sujet à une analyse en vue de déterminer son degré de maturation. Les échantillons temporels RRi sont stockés dans une zone de la mémoire vive MEM réservée à cet effet. Le module de conversion CONVERTER traduit ensuite la pluralité 15 d'échantillons temporels RRi en données représentatives du graphe de visibilité GV précédemment décrit et détermine au moins un indicateur à partir de ces données. Le module COMPAR opère des comparaisons entre au moins l'indicateur prédéterminé et un ou plusieurs indices statistiques représentatifs de la maturation d'une pluralité de bébés nés à terme, ces 20 indices statistiques étant préenregistrés dans une zone dédiée de la mémoire NVMEM non-volatile. Chacun des modules CONVERTER, COMPAR et DISP comprend sa propre unité de contrôle et de traitement, similaire à celle déjà décrite et implémentée dans le module CTRL. Le module CTRL opère cependant une supervision de l'ensemble des 25 opérations du système en exécutant notamment les algorithmes correspondants à partir de routines exécutables dont le code est stocké en mémoire non-volatile NVMEM. Une fois que les opérations précédemment décrites ont étés successivement réalisées sous contrôle logiciel et par la mise en oeuvre du 30 module de contrôle CTRL, le module de représentation visuelle DISP 12 procède à l'affichage d'une grandeur représentative d'une distance D déterminée par le module COMPAR entre au moins l'indice déterminé par le module CONVERTER travaillant sur le graphe de visibilité et les plusieurs indices statistiques préenregistrés. 5 Avantageusement, le module DISP affiche un ou plusieurs graphes permettant de positionner un point définissant la maturation du bébé prématuré sujet à l'analyse par rapport à un ensemble de points représentatifs de niveaux de maturation prédéterminés et préenregistrés 10 dans le système. Selon une variante, le module DISP, sous contrôle du module CTRL, affiche le niveau de maturation déterminé par la méthode et associé au bébé sujet de l'analyse en surbrillance sur une échelle de valeurs de maturation prédéfinie. 15 La figure 3 comprend deux représentations schématiques des graphes de visibilité tels qu'utilisés par la méthode décrite. Le côté gauche de la figure 3, référencé a) illustre un graphe de 20 visibilité verticale. Deux points arbitraires (ti,yi) et (thyi) de la série temporelle deviendront deux noeuds connectés du graphe (réseau de noeuds) associé si un point arbitraire (tk,yk) placé entre eux remplit le critère suivant: t - tk yk y, et yb> 13 D'autres paramètres peuvent être calculés avec la méthode des graphes de visibilité, qui sont les degrés de distribution. De façon théorique, un degré de distribution DD est la probabilité qu'un point quelconque ait un indice de visibilité x. Pour le calculer on compte le nombre de points ayant x 5 pour degré de visibilité et on le divise par le nombre total de points. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention ces degrés ont été calculés pour des fenêtres temporelles d'analyse de trente secondes. Il est alors possible d'obtenir un tableau de DD pour chaque 10 fenêtre d'analyse, soit par exemple cent vingt tableaux pour une heure d'enregistrement. Ces tableaux renvoient le décompte des indices et non une probabilité. Les données disponibles sont alors multipliées par un coefficient afin de normaliser les résultats sur la base d'un enregistrement d'une heure. 15 Ainsi, à partir de ces graphes de visibilité et des réseaux de noeuds correspondants sont calculés des indices de visibilité tels que, à titre d'exemple, l'assortativité ASSOR, la transitivité TRANS ou le degré moyen de la séquence. Avantageusement ces indices constituent une estimation 20 précieuse des propriétés dynamiques du réseau complexe formé par la variabilité cardiaque du sujet soumis à une analyse par la mise en oeuvre de la méthode selon l'invention. L'assortativité ASSOR et la transitivité TRANS sont définies tel 25 que : La transitivité TRANS peut être exprimée par : T(G) = ITri(N)I ITri(G)I 30 Tri(G) étant l'ensemble de tous les triangles dans le graphe GV et 14 Tri(N) étant l'ensemble de tous les triangles possibles en considérant tous les noeuds du graphe GV. 5 L'assortativité ASSOR peut être exprimée par : r = M-1 Eiiiki [w1E112-ut+kt)12 +11)-k-1Ei(Ji+ki)}2 10 ji et 1(1 étant les degrés des noeuds à la fin du ième lien, avec i = 1, M lien. Un degré est le nombre de liens à chaque noeud. Pour chaque lien (I) il y a deux noeuds qui y sont connectés et ji est le degré du premier noeud et ki est le degré de l'autre noeud. 15 Les modes de calculs des indices ainsi appliqués ne sont pas décrits plus en détails car bien connu de l'homme du métier des opérations statistiques et de la théorie des graphes et n'étant pas en eux-mêmes utiles 20 à la compréhension de l'invention. L'invention ne se limite pas aux seuls mode de réalisation décrits précédemment mais concerne également toute méthode de détermination de la maturation d'un bébé comprenant une conversion d'échantillons temporels en données représentatives d'un graphe de visibilité (GV), une détermination 25 d'au moins un indice à partir de données représentatives de ce graphe de visibilité, une comparaison de l'au moins un indice ainsi déterminé avec un ou plusieurs indices statistiques représentatifs de la maturation d'une pluralité de bébés nés à terme et une représentation visuelle d'une distance 15 entre le au moins un indice déterminé et les plusieurs indices statistiques, ainsi que tout système mettant en oeuvre une telle méthode. Selon une variante, REVENDICATIONS1. Système de détermination de la maturation d'un bébé comprenant un échantillonnage d'un signal cardiaque dudit bébé constitué d'une suite d'échantillons temporels (RRi) définissant respectivement des intervalles de temps qui séparent deux battements cardiaques successifs, ledit système étant caractérisé en ce qu'elle comprend : un module de conversion de ladite pluralité d'échantillons temporels (RRi) en données représentatives d'un graphe de visibilité (CV), un module de détermination d'au moins un indice (ASSOR) à partir desdites données représentatives dudit graphe de visibilité (GV), un module d'analyse adapté à la comparaison dudit au moins un indice déterminé (ASSOR) avec un ou plusieurs indices statistiques (ATi, Pmi, Epi) représentatifs de la maturation d'une pluralité de bébés nés à terme, un module de représentation visuelle d'une grandeur représentative d'une distance (D) entre ledit au moins un indice déterminé (A) et lesdits plusieurs indices statistiques (ATi, Pmi, Epi).20