Chapitre 2 Les bancs d’essai
2.1 Les bancs d’essai dans la littérature
Dans la littérature, quelques études portant sur l’évaluation d’appareils PPC autopilotées sur des bancs d’essai ont été proposées (Farré et al. 2002; Abdenbi, Chambille, and Escourrou 2004; Coller, Stanley, and Parthasarathy 2005; Lofaso et al. 2006; Rigau et al. 2006; Hirose et al. 2008; T. Netzel, Hein, and Hein 2014). Tableau 2-1 montre les principes de ces bancs d’essai.
Table 2-1 Les bancs d’essai pour l’évaluation d’appareils PPC autopilotées dans la littérature
Modèle du poumon Modèle de la voie
aérienne supérieure Commentaires
(Farré et al. 2002) Piston du débit N/A
En boucle ouverte ; Piston piloté par les signaux des vrais sujets (Abdenbi, Chambille,
and Escourrou 2004)
Poumon de test
« Michigan » Résistance de Starling
En boucle fermée ; Formes simplifiées des respirations
(Coller, Stanley, and Parthasarathy 2005)
Poumon de test
« Michigan » Résistance de Starling
En boucle fermée ; Formes simplifiées des respirations ;
Résistance de Starling réglée via un seringue
(Lofaso et al. 2006) Poumon de test
« Michigan » N/A
En boucle ouverte vu que les événements sont reproduits directement par le poumon, qui est piloté par un générateur de débit réglé par une valve servo- contrôlée
(Rigau et al. 2006) Piston du débit Valve servo-contrôlée
En boucle fermée programmée (pseudo-fermée) à la VAS
(Hirose et al. 2008) Poumon de test
Michigan Résistance de Starling
En boucle fermée ; Résistance
supplémentaire en amont de la VAS
(T. Netzel, Hein, and Hein 2014) Poumon actif électropneumatique « Hamburg » Résistance de Starling En boucle fermée ; Formes simplifiées des respirations et
Ces bancs d’essai peuvent être classés en deux catégories suivant le mode de réaction de l’obstruction simulée au fonctionnement de la machine testée: système qui ne réagit pas à la réponse de la machine (boucle ouverte) et système qui prend en compte la réaction du banc d’essai à l’action de la machine à tester (boucle fermée). Ce dernier est plus physiologique.
Un premier modèle en boucle ouverte a été proposé par Farré et al. (Farré et al. 2002). Ce modèle est principalement constitué d’un simulateur de patient, qui est capable de reproduire les débits composés des événements respiratoires enregistrés d’un vrai sujet. De plus, il permet aussi de simuler les ronflements et les fuites. Au cours du test, la pression du masque et le débit sont enregistrés afin d’évaluer la réponse de l’appareil soumis aux événements créés. Un modèle similaire a été réalisé par Lofaso et al. (Lofaso et al. 2006) dans le but d’évaluer la détection des événements de limitation de débit respiratoire. Notons que ces deux modèles ne présentent pas d’obstruction mécanique dans les circuits, ainsi tous les événements respiratoires anormaux, y compris les événements obstructifs, sont reproduits artificiellement en contrôlant le débit.
Au vu de cet inconvénient, Rigau et al. (Rigau et al. 2006) ont amélioré le modèle de Farré et al. en ajoutant une valve obstructive servo-contrôlée dans le circuit. Ainsi la résistance de la voie aérienne peut être simulée. D’après l’auteur, cette valve obstructive peut être contrôlée en boucle fermée, et la résistance simulée est dépendante de la pression appliquée par la PPC autopilotée. Mais la loi de contrôle de cette valve n’est pas précisée. Comme leur ancien modèle, le simulateur peut reproduire la forme du débit enregistrée d’un vrai sujet. Cependant, ce débit est déjà la conséquence de la combinaison de l’effort respiratoire et de l’obstruction de la voie aérienne du patient. De ce fait, la pression la PPC autopilotée ne modifie le débit et le niveau d’ouverture de la valve que dans des limites étroites préprogrammées. Ce modèle ne peut donc être considéré comme une vraie boucle fermée.
Au lieu de contrôler une valve obstructive, Abdenbi et al. (Abdenbi, Chambille, and Escourrou 2004) ont implanté une « résistance de Starling » composée d’un tube compliant afin de simuler la résistance des voies aériennes supérieures. Le niveau d’ouverture du tube est réglable en fonction de la pression transmurale qui lui est appliquée. Cet élément permet au banc d’essai de fonctionner en boucle fermée en adaptant précisément le degré de l’obstruction à la réponse en pression positive de l’appareil. Les autres modèles similaires ont été réalisés par les groupes de Coller, de Hirose et de Netzel (Coller, Stanley, and Parthasarathy 2005; Hirose et al. 2008; T. Netzel, Hein, and Hein 2014). En particulière, Hirose et al. (Hirose et al. 2008) ont complété ce modèle en ajoutant une résistance supplémentaire en amont de la voie aérienne, qui pourrait influencer l’ouverture du tube, selon leur hypothèse. Néanmoins, cette résistance supplémentaire ne correspond pas à la physiologie humaine. De plus, nous pouvons aussi remarquer que les deux modèles sont incapables de reproduire les formes caractéristiques de débit respiratoires qui pourraient éventuellement influencer le fonctionnement des
appareils.
Outre la voie aérienne supérieure, le modèle du poumon également prend son importance en particulier pour les évaluations des ventilateurs. Parmi les publications mentionnées plus haut, trois types des modèles du poumon ont été appliqués : poumon de test Michigan (Training and Test Lung, Michigan Instrument, Grand Rapids, Michigan) (Abdenbi, Chambille, and Escourrou 2004; Coller, Stanley, and Parthasarathy 2005; Lofaso et al. 2006; Hirose et al. 2008), piston piloté par l’ordinateur qui simplement reproduit le débit du patient (Farré et al. 2002; Rigau et al. 2006), et poumon actif plus sophistiqué qui prend en compte de la résistance et la compliance (T. Netzel, Hein, and Hein 2014).
Le poumon Michigan est un modèle mécanique qui contient deux soufflets. L’un des soufflets (maître) est connecté à un ventilateur pilote et simule les activités du muscle respiratoire du patient. L’autre (esclave) est connecté à la machine de ventilation à évaluer (Figure 2-1). Les propriétés du poumon sont réglées de manière mécanique, par exemple la compliance du système est réglée par la position d’un ressort sur le soufflet. Cela pourrait entrainer la variabilité dans les résultats du test. De plus, ce système n’est pas conçu pour simuler des respirations complexes et caractériser l’effort respiratoire du patient.
Figure 2-1 Exemple du banc d’essai avec poumon de test Michigan pour l’évaluation des ventilateurs (Chatburn 2009)
Le piston du débit piloté par l’ordinateur peut reproduire la forme de débit du patient de façon précise, et nous permet d’étudier la réaction de machine de ventilation en réponse à des patterns respiratoires spécifiques. Cependant le système est en boucle ouverte et ne répond pas aux ventilateurs
testées. Le modèle que Netzel et al. ont développé et utilisé dans leur étude correspond à un poumon actif qui permet d’ajuster les propriétés mécaniques et de paramétrer les cycles de respiration. D’après la description, leur système fonctionne en boucle fermée. Cependant, les détails sur les principes de fonctionnement ne sont pas clairs (D.-I. T. Netzel et al. 2009).