UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ALARME DE CONDITIONNEMENT ULTRASONORE PROGRAMMABLE POUR LE TRAITEMENT DE L’ÉNURÉSIE
ALEXANDRE BEAUCHAMP-PARENT
DÉPARTEMENT DE GÉNIE ÉLECTRIQUE ET DE GÉNIE INFORMATIQUE ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE ÉLECTRIQUE) AVRIL 1999
Alexandre Beauchamp-Parent, 1999.
UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé :
ALARME DE CONDITIONNEMENT ULTRASONORE PROGRAMMABLE POUR LE TRAITEMENT DE L’ÉNURÉSIE
Présenté par : BEAUCHAMP-PARENT Alexandre
En vue de l’obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées a été dûment accepté par le jury d’examen constitué de :
M. BOIS Guy, Ph.D., président
M. SAWAN Mohamad, Ph.D., membre et directeur de recherche M. NERGUIZIAN Chahé, M.Eng., membre
DÉDICACE
À Gertrude B. Bryan, sans qui rien ne fût…
REMERCIEMENTS
Je voudrais exprimer mes plus sincères remerciements à mon directeur de recherche, M.
Mohamad Sawan, professeur au département de génie électrique et génie informatique de l’École Polytechnique de Montréal, qui a toujours su m’écouter et me conseiller avec diligence. Sa rigueur au travail, ainsi que sa motivation quotidienne pour le développement d’idées nouvelles, m’auront grandement inspiré ces deux dernières années.
Je tiens aussi à remercier les membres du jury et professeurs à l’École Polytechnique, M.
Guy Bois et M. Chahé Nerguizian, pour avoir accepté de participer à l’examen de ce mémoire.
De la même façon, je remercie la compagnie Alliance Medical Inc., et plus particulièrement son président M. Karim Menassa, pour le financement d’un projet aussi stimulant. Ma reconnaissance va également à ses employés (et futurs collègues de travail) qui m’ont offert le support technique indispensable pour la concrétisation de ce projet.
Je ne pourrais passer sous silence les bons moments passés en compagnie de mes collègues et associés de recherche de l’équipe PolyStim. Mes remerciements aussi à Gaétan Décarie, technicien de l’École Polytechnique, pour sa contribution à la réalisation
du premier prototype. Finalement, je voudrais remercier tous mes ami(e)s, ainsi que ma famille, qui ont été présents durant ce joyeux périple.
RÉSUMÉ
Au Canada, plus de 300 000 enfants souffrent d'énurésie nocturne1. Bien que ce malaise soit sans danger pour la santé, il provoque régulièrement des troubles d’ordre émotionnel et affectif. La thérapie comportementale de l’alarme de conditionnement est, jusqu’à ce jour, la plus fréquemment prescrite par les urologues et pédiatres car elle est la seule à offrir une guérison durable lorsque terminée. Cette thérapie qui conditionne graduellement la vessie de l’enfant à associer le réveil à la miction ne prévient toutefois pas les fuites d’urine durant la période de traitements. En effet, les alarmes de conditionnement commerciales utilisent des électrodes dans les sous-vêtements et déclenchent une alarme qui réveille l’enfant avec le début de la miction. Ce mémoire de maîtrise propose et décrit la conception et la réalisation d’une alarme de conditionnement ultrasonore reconfigurable, qui estime le volume vésical de l’enfant afin de le réveiller avant le début de la miction. La prédiction de la miction est basée sur l’estimation non- invasive de la profondeur vésicale à l’aide d’un cristal ultrasonore excité dans le mode pulse/écho. L’alarme de conditionnement utilise un contrôleur rapide qui commande l’excitation de la sonde et la détection des échos. Le contrôleur emploie une technique d’amplification sélective pour localiser les parois vésicales et effectue le traitement numérique des échos détectés afin de déclencher l'alarme uniquement lorsque les résultats sont reproduits durant au moins cinq cycles consécutifs de mesures (orientation stable de la sonde). En outre, une interface usager assure la calibration du dispositif selon la
morphologie de l’enfant. Finalement, un écran LCD affiche les résultats obtenus afin de valider le fonctionnement de l’alarme avant et pendant les tests cliniques.
1 Ce nombre s’élève à trois millions aux États-Unis.
ABSTRACT
Nocturnal enuresis (bed-wetting) is a common disorder for children between the ages of 5 and 15. Though the problem usually clears up on its own, nocturnal enuresis sometime leads to serious psychological and social consequences if not dealt with properly.
Behavior modification approaches, such as the enuresis alarm system, have been clinically proven to be the only nocturnal enuresis treatment strategy with persistent effectiveness. Available enuresis alarm systems, which condition the child to anticipate micturition, do not prevent bed-wetting during therapy. This master’s thesis describes a new reconfigurable and miniaturized version of an ultrasonic monitor that wakens the patient a short time before his bladder reaches a critical volume (start of micturition). The detection approach is based on the estimation of the bladder’s depth using a single, cost- effective transducer excited in a pulse/echo mode. The device’s architecture is designed around the use of a controller which respectively excites the transducer to generate the emitting ultrasound beam and detects echoes reflected by the patient’s abdominal interfaces. Furthermore, a time-window amplification technique is used to locate the bladder walls. When the bladder reaches a critical depth, the controller activates the alarm when measurements are reproduced over several exciting cycles (stable probe orientation). The enuresis alarm system is reconfigurable to adjust the threshold depth according to the child’s bladder morphology. A 4X16 character LCD screen has been implemented to validate measurements performed during the upcoming clinical evaluation of the device.
TABLE DES MATIÈRES
DÉDICACE... IV
REMERCIEMENTS ...V
RÉSUMÉ...VII
ABSTRACT ... IX
TABLE DES MATIÈRES...X
LISTE DES FIGURES...XII
LISTE DES TABLEAUX ...XVII
LISTE DES ANNEXES ... XVIII
INTRODUCTION ... 1
CHAPITRE I ... 5
1 PROBLÉMATIQUE DE L’ÉNURÉSIE ... 5
1.1 PROCESSUS URINAIRE... 5
1.1.1 Anatomie du système urinaire... 6
1.1.2 Processus de miction ... 7
1.1.3 Morphologie de la vessie ... 9
1.2 DESCRIPTION DU MALAISE... 13
1.3 THÉRAPIES ACTUELLES... 18
1.3.1 Médication ... 20
1.3.2 Alarme de conditionnement ... 22
1.4 INNOVATION THÉRAPEUTIQUE PROPOSÉE... 24
CHAPITRE II... 26
2 MÉTHODOLOGIE DES TRAVAUX... 26
2.1 TECHNIQUE D’ESTIMATION DU VOLUME VÉSICAL... 27
2.1.1 Considérations pratiques... 28
2.1.2 Théorie des ultrasons... 36
2.2 REVUE DES TRAVAUX ANTÉRIEURS... 46
2.3 APERÇU DE LA NOUVELLE ALARME DE CONDITIONNEMENT ULTRASONORE... 55
CHAPITRE III ... 61
3 CONCEPTION ET RÉALISATION DE LA NOUVELLE ALARME... 61
3.1 DÉMARCHES... 61
3.2 CALCULS PRÉLIMINAIRES... 64
3.3 RÉALISATION MATÉRIELLE... 76
3.3.1 Alimentations DC ... 76
3.3.2 Émetteur ... 79
3.3.3 Récepteur ... 85
3.4 RÉALISATION LOGICIELLE... 89
CHAPITRE IV... 102
4 SYNTHÈSE DES TESTS ET RÉSULTATS ... 102
4.1 VALIDATION DES ÉTAGES ÉLECTRONIQUES... 102
4.1.1 Alimentations DC ... 103
4.1.2 Émetteur ... 105
4.1.3 Récepteur ... 114
4.2 VALIDATION DU FONCTIONNEMENT SUR UN ADULTE... 121
4.3 COMPLÉMENTS DES RÉSULTATS... 124
CONCLUSION ... 126
RECOMMANDATIONS... 128
RÉFÉRENCES ... 131
LISTE DES FIGURES
Figure 1.1 Appareil urinaire formé des reins, des uretères, de la vessie et de
l’urètre (Dugas, 1979). ... 7 Figure 1.2 Morphologie du système urinaire et illustration des deux sphincters.
Le sphincter interne, situé dans le col vésical, est commandé par voie réflexe autonome (involontaire) par le système nerveux parasympathique. Le sphincter externe (volontaire) est stimulé par
les nerfs honteux (tirée de Moore, 1992). ... 8 Figure 1.3 Position de la vessie chez le genre masculin (plan sagittal). Le
plancher vésical est situé au niveau de la symphyse pubienne. Le sommet du fundus de la vessie peut atteindre le niveau du nombril
au moment de la miction (Moore, 1979)... 10 Figure 1.4 La vessie vide d’un enfant est située dans la cavité abdominale au-
dessus de la symphyse pubienne (tirée de Moore, 1979)... 10 Figure 1.5 Contours de la vessie (plan sagittal) de quatre sujets différents au
moment de la miction (trait plein) et après l’évacuation de l’urine
(trait pointillé). ... 12 Figure 1.6 Histogramme illustrant le pourcentage des enfants souffrant
d’énurésie en fonction de l’âge (London Enuresis Clinic, 1998). ... 15 Figure 1.7 Histogramme illustrant le pourcentage de guérison de l’énurésie par
les thérapies de l’imipramine, du DDAVP et de l’alarme de
conditionnement à deux moments différents ((Monda et Husmann,
1995). ... 23 Figure 2.1 Illustration des deux plans (sagittal et transversal) à partir desquelles
le volume vésical est estimé par imagerie médicale (Williot, 1988). ... 31 Figure 2.2 Paramètres utilisés par Hartnell (1987) pour estimer le volume
vésical par imagerie médicale. ... 33
Figure 2.3 Modélisation de la vessie d’un enfant proposée par Williot (1988). ... 33 Figure 2.4 Illustration des seize orientations de la sonde pour balayer le plan
sagittal (tirée de Kruczkowski, 1990). ... 36 Figure 2.5 Principe de l’évaluation de la distance séparant deux interfaces
(Christensen, 1988). ... 40 Figure 2.6 Architecture d’un appareil ultrasonique fonctionnant dans le mode A
(Christensen, 1988). ... 40 Figure 2.7 Schéma d’une sonde ultrasonore composée d’un élément piézo-
électrique (Christensen, 1988). ... 42 Figure 2.8 Comportement du faisceau d’ultrasons émis par un transducteur sans
lentille focale (Christensen, 1988). ... 43 Figure 2.9 Illustration de l’amélioration de la résolution latérale d’un
transducteur muni d’une lentille focale (Christensen, 1988). ... 44 Figure 2.10 Illustration des deux types de configuration d’affichage
(Christensen, 1988). ... 46 Figure 2.11 Illustration de l’approche initialement utilisée pour prédire la
miction. a) la vessie est vide et aucun écho est détecté. b) la vessie
atteint un volume critique et deux échos sont réfléchis. ... 47 Figure 2.12 Architecture du dispositif développé par Pétrican (1998). ... 48 Figure 2.13 Illustration de la technique d’amplification sélective des échos
provenant uniquement du mur postérieur de la vessie (tirée de
Pétrican, 1998). ... 51 Figure 2.14 Illustration de la nouvelle approche d’estimation basée sur la
mesure de la profondeur vésical... 58 Figure 2.15 Architecture de la nouvelle alarme de conditionnement. Un
contrôleur rapide et peu coûteux estime la profondeur vésicale et
valide le déclenchement de l’alarme. ... 60 Figure 3.1 Exemple de morphologie abdominale d’un enfant dont la vessie est
pleine permettant d’estimer le temps de propagation de l’onde
acoustique au travers différentes interfaces situées entre la sonde et
le mur postérieur. ... 66 Figure 3.2 Illustration des différentes couches formant la sonde ultrasonore... 75 Figure 3.3 Schéma du circuit d’alimentation de 15 V utilisant un convertisseur
DC/DC et une pile alcaline de 9 V... 77 Figure 3.4 Schéma électrique du convertisseur DC/DC générant une tension DC
maximale de 200 V pour l’excitation du transducteur. ... 80 Figure 3.5 Schéma électrique du générateur d’impulsions. ... 82 Figure 3.6 Schéma électrique du récepteur composé de l’étage d’amplification,
du démodulateur et de l’étage de détection des échos. ... 85 Figure 3.7 Schéma bloc des étages commandés par le contrôleur. ... 90 Figure 3.8 Organigramme illustrant le déroulement du programme effectué par
le contrôleur. ... 93 Figure 3.9 Organigramme illustrant le rôle du contrôleur lors de l’excitation de
la sonde. ... 96 Figure 3.10 Organigramme illustrant le rôle du contrôleur lors de la détection
des échos. ... 98 Figure 3.11 Organigramme illustrant le traitement numérique effectué par le
contrôleur après la détection des échos... 99 Figure 3.12 Affichage de la profondeur critique ajustée par l’usager lorsque le
dispositif est dans le mode calibration. ... 101 Figure 3.13 Affichage des résultats obtenus lorsque le dispositif opère dans le
mode alarme. Le contenu de l’écran est mis à jour à la fin de chaque cycle d’excitation. On y retrouve la profondeur vésicale estimée, le nombre d’échos détectés et, pour les trois premiers, le temps écoulé
depuis l’excitation de la sonde et leur détection. ... 101 Figure 4.1 Illustration de la détection d’une pile à faible voltage. Le contrôleur
active l’alarme ultrasonore lorsque la tension d’entrée est inférieure
à 7.69 V. ... 104
Figure 4.2 Durée d’activation du convertisseur DC/DC lors de la mise sous- tension du dispositif pour trois hautes tensions sélectionnées par
l’usager... 107 Figure 4.3 Durée d’activation du convertisseur DC/DC entre chacun des cycles
d’excitation du transducteur dont la période est fixée à deux
secondes. ... 108 Figure 4.4 Illustration de la variation de la durée du pulse d’excitation
commandé par le contrôleur... 109 Figure 4.5 Illustration de l’amplitude du pulse d’excitation en fonction de
plusieurs charges résistives. ... 110 Figure 4.6 Illustration de la protection du « high-side driver » contre un voltage
négatif survenant aux bornes d’une charge inductive pulsée
(transducteur de 1 MHz). ... 110 Figure 4.7 Amplitude d’excitation en fonction de la durée du pulse appliqué sur
le transducteur de 1 MHz. ... 111 Figure 4.8 Illustration de l’atténuation de la deuxième période du signal
ultrasonore en fonction de la durée du pulse d’excitation. ... 112 Figure 4.9 Pulse d’excitation du transducteur de 3.5 MHz... 113 Figure 4.10 Analyse AC de l’étage d’amplification. ... 116 Figure 4.11 Illustration du fonctionnement de l’étage d’amplification sur un
milieu de propagation idéal (sans atténuation) à l’aide du
transducteur de 3.5 MHz. Le signal VEXC correspond à l’amplitude des échos captés aux bornes du transducteur. Les signaux VAMP-min et VAMP-max sont les échos amplifiés lorsque le gain est
respectivement de 20 dB et 30 dB. ... 118 Figure 4.12 Illustration du fonctionnement du détecteur d’enveloppe lorsque le
signal démodulé est VAMP-max. L’usager peut modifier la contante de décharge à l’aide du potentiomètre POT4. VDEM-min et VDEM-max
correspondent à l’enveloppe des échos amplifiés lorsque le gain est
de 30 dB et que l’usager modifie respectivement τDÉCHARGE de 5 µs à
15 µs... 119 Figure 4.13 Illustration du fonctionnement du détecteur d’échos lorsque le
signal démodulé est VDEM-min (τDÉCHARGE = 5 µs). L’usager peut modifier l’amplitude du seuil de détection critique à l’aide du potentiomètre POT5. ECHOmax illustre le cas où la résolution axiale est privilégiée au détriment de la détection d’échos de faibles
amplitudes. ... 120 Figure 4.14 Illustration de la détection des murs vésicaux d’un adulte à l’aide de
la sonde de 3.5 MHz. ... 122 Figure 4.15 Illustration de la détection des murs vésicaux d’un adulte à l’aide de
la sonde de 1 MHz. ... 123 Figure 4.16 Photo de la première version de l’alarme de conditionnement. Le
prototype fut intégré sur un circuit imprimé de quatre couches. Les composants électroniques sont situés sur les deux cotés du PCB afin
de minimiser le volume du dispositif... 125
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 3.1 Évaluation des paramètres acoustiques des milieux de propagation
illustrés à la Figure 3.1. ... 66 Tableau 3.2 Évaluation des temps de propagation de l’onde aux travers les
différentes interfaces de la région abdominale illustrées à la Figure
3.1... 67 Tableau 3.3 Temps écoulé depuis l’excitation du transducteur lors de la
détection des échos provenant des interfaces de la Figure 3.1... 69 Tableau 3.4 Caractéristiques des deux transducteurs utilisés pour tester le
dispositif expérimentalement. ... 74 Tableau 3.5 Description du rôle des composants électroniques utilisés dans la
conception de l’alimentation de 15 V. ... 78 Tableau 3.6 Description du rôle des composants électroniques utilisés dans la
conception du convertisseur DC/DC... 81 Tableau 3.7 Description du rôle des composants électroniques utilisés dans la
conception du générateur d’impulsions. ... 84 Tableau 3.8 Description du rôle des composants électroniques utilisés dans la
conception du récepteur (étage d’amplification, démodulateur,
détecteur d’échos). ... 87 Tableau 3.9 Description des fonctions de l’interface usager lors de la validation
clinique du dispositif... 91 Tableau 4.1 Liste des appareils utilisés lors de la conception du dispositif... 103
LISTE DES ANNEXES
Annexe A Schémas électriques détaillés………139
Annexe B Codes de programmation assembleur………146
Annexe C Aperçu de la validation clinique………189
Annexe D Description des nouveaux paramètres de calibrage……….….193
INTRODUCTION
Quoique l’incontinence nocturne soit un malaise sans danger pour la santé physique, il nuit certainement à l’évolution psychologique et émotionnelle des enfants. Pour cette raison, la plupart des énurétiques âgés de six ans et plus suivent une thérapie destinée à remédier graduellement à cette fâcheuse situation. Il existe actuellement divers traitements pour corriger ce problème, mais ils comportent tous un ou plusieurs inconvénients importants. Prenons, notamment, la thérapie qui utilise une alarme pour conditionner l’enfant énurétique à se réveiller immédiatement après le début du processus de miction. À l’évidence, ces alarmes ne préviennent pas les fuites d’urine puisqu’elles emploient des électrodes détectant l’humidité dans le sous-vêtement de l’enfant. Plusieurs études s’emploient à décrire l’efficacité des thérapies actuelles et elles considèrent le conditionnement de la vessie, à l’aide d’une telle alarme, comme la solution durable et satisfaisante au problème de l’énurésie nocturne. À notre avis, sa lacune principale réside dans son incapacité, durant la thérapie, à réveiller l’enfant avant qu’il mouille son lit. Ce mémoire décrit justement la conception et la réalisation d’une alarme de conditionnement ultrasonore miniaturisée, mais prédisant le début du processus de miction des enfants énurétiques. S’appuyant sur l’approche thérapeutique des alarmes de conditionnement traditionnelles, notre dispositif ultrasonore réveille toutefois l’enfant avant le début de la miction afin qu’il évite de mouiller son lit. Pour illustrer la portée de l’innovation thérapeutique proposée dans le cadre de cet ouvrage, nous démontrerons au premier chapitre les avantages de l’utilisation de notre alarme de conditionnement ultrasonore.
Plus spécifiquement, notre alarme permet d’une part, l’atténuation de la souffrance psychologique et émotionnelle subie par les enfants énurétiques et d’une autre part, la réduction probable de la durée des traitements actuels. Afin d’assurer une meilleure compréhension de la technique développée pour prédire la miction, nous débuterons le premier chapitre avec une description anatomique du système urinaire. Puis nous expliquerons le processus de la miction, ainsi que la morphologie de la région abdominale, tout particulièrement la position, la forme et le volume de la vessie.
Notre objectif étant l’amélioration de la thérapie la plus souvent recommandée par les urologues et pédiatres, notre démarche nous mènera tout naturellement à traiter de l’approche proposée pour réveiller l’enfant avant la miction. Le second chapitre explicitera donc les différentes techniques d’estimation du volume vésical et illustrera les critères spécifiques de notre application dans le but de justifier clairement le choix des ultrasons. Une initiation à la théorie des ultrasons suit pour illustrer l’utilisation clinique traditionnelle d’estimation du volume d’urine contenue dans la vessie. Nonobstant le fait que notre dispositif s’inspire d’un ancien prototype développée par notre équipe de recherche, notre contribution réside dans l’architecture électronique proposée qui augmente significativement la précision et la fiabilité de la prédiction de la miction. En effet, la version initiale prédisait la miction par la détection du mur postérieur de la vessie lorsque cette dernière atteignait un volume critique prédéterminé. Toutefois, l’architecture électronique totalement analogique de cette alarme ne validait pas la provenance de l’écho détecté, à savoir le mur postérieur de la vessie. Conséquemment,
tout mouvement sur la sonde, même ceux provoqués par la simple respiration de l’enfant, rendait l’alarme peu fiable pour la détection de cette interface. La pauvreté des résultats cliniques obtenus lorsque l’orientation de la sonde était instable nous a obligé à concevoir une toute nouvelle architecture électronique miniaturisée. Pour augmenter la fiabilité2 de cette première version, tout en conservant un coût et un volume similaire, notre nouvelle alarme de conditionnement utilise un contrôleur rapide qui détermine l’instant propice pour déclencher l’alarme. En outre, ce contrôleur améliore la précision3 de l’estimation du volume vésical en ce qu’il traite tous les échos détectés et non seulement celui provenant du mur postérieur de la vessie.
Les critères de sélection du contrôleur seront explicités au chapitre 3 à l’aide d’un exemple qui illustre le temps de propagation d’une onde ultrasonore aux travers différentes interfaces de la région abdominale d’un enfant. Afin d’optimiser l’efficacité des tests cliniques prévus pour le mois de mai, nous avons procédé à la conception de deux transducteurs, dont les spécifications privilégient la profondeur de pénétration plutôt que la résolution axiale. L’architecture électronique, composée de deux alimentations DC (5 V et 15 V), d’un émetteur pour l’excitation de la sonde, d’un récepteur pour la détection des échos et d’une interface usager4 pour le calibrage du dispositif selon la morphologie de l’enfant, est décrite au chapitre 3. Nous en profiterons, par ailleurs, pour
2 Nous entendons par fiabilité, la possibilité de détecter et rejeter les résultats erronés (les mesures sont destinées à ne pas être constamment reproduites dans le temps).
3 Nous entendons par précision, le temps écoulé entre le réveil de l’enfant et le début réel du processus de miction.
4 Les paramètres de calibrage, programmés à l’aide de l’interface usager, sont affichés sur un écran à cristaux liquides qui n’est pas porté par l’enfant durant la nuit.
expliquer le rôle de chacun des composants utilisés dans la conception matérielle de notre alarme de conditionnement. Une description de la conception logicielle démontrera, à l’aide d’organigrammes, le déroulement du programme qui assure l’excitation de la sonde, la détection des échos et l’estimation de la profondeur vésicale. Le chapitre 4 est, quant à lui, destiné à rapporter les résultats obtenus à la suite de la validation expérimentale de ces étages électroniques. Nous démontrerons que notre alarme réussit à détecter les parois vésicales d’un adulte dont la morphologie présente des conditions de propagation et de réflexions moins propices que celles rencontrées chez les enfants.
Finalement, le mémoire se terminera avec des recommandations visant la commercialisation de notre alarme de conditionnement.
CHAPITRE I
1 PROBLÉMATIQUE DE L’ÉNURÉSIE
Le but de ce chapitre consiste à illustrer la problématique de l’incontinence nocturne chez les enfants. Pour y arriver, nous procéderons à la description des organes du système urinaire de l’être humain, pour ensuite expliquer le processus de la miction assurant l’élimination de l’urine emmagasinée dans la vessie. Nous décrirons également la morphologie de la vessie afin de justifier clairement les démarches poursuivies lors de ce projet. Ensuite, nous définirons l’énurésie (incontinence) et présenterons les causes et les conséquences de ce problème très répandu chez les enfants, tout en explicitant les avantages et les inconvénients des thérapies basées jusqu’alors sur la médication et l’alarme de conditionnement. Finalement, nous introduirons l’innovation thérapeutique proposée dans le cadre de ce projet.
1.1 Processus urinaire
Nous débuterons cette section par la description de l’ensemble du système urinaire composé des reins, des uretères, de la vessie et de l’urètre. Ainsi, nous verrons les organes impliqués depuis la formation de l’urine au niveau des reins jusqu’à son élimination par l’urètre. Ensuite, nous définirons la miction car ce terme est utilisé tout le long de ce texte. Nous terminerons cette section par l’illustration de la morphologie de la vessie, c’est-à-dire sa position, sa forme et son volume.
1.1.1 Anatomie du système urinaire
Les reins5, situés dans la paroi postérieure de la cavité abdominale, régularisent la quantité d’eau présente dans le corps et filtrent le sang pour en extraire les toxines (Figure 1.1). L’urine quitte les reins par deux uretères6, reliés sur la face postérieure de la vessie aux orifices urétéraux. Notez bien que l’urine ne remonte jamais dans les uretères puisque ceux-ci se contractent sous l’effet de la pression vésicale. Quant à la vessie, elle est un organe musculaire qui accumule l’urine formée au niveau des reins. Elle est composée d’une part par une section appelée fundus qui sert de réservoir pour emmagasiner l’urine et, d’autre part, par un col vésical7 qui prend la forme d’un entonnoir relié à l’urètre.
L’urètre est le conduit par lequel l’urine est évacuée du corps humain. Autour de l’urètre se trouve deux sphincters contrôlés lors de la miction. Le premier, constitué de muscles lisses situés à l’intérieur du col vésical, est innervé par les fractions parasympathiques du système nerveux autonome (sphincter interne) alors que le second, composé de muscles striés, est innervé par des fibres volontaires (sphincter externe).
5 Organes en forme de haricot mesurant environ 12 cm de longueur, 6 cm de hauteur et 3 cm d’épaisseur.
6 Tube musculaire de 5 mm de diamètre dont la longueur est de 20 à 30 cm.
7 Le col vésical mesure de 2 à 3 cm.
Figure 1.1 Appareil urinaire formé des reins, des uretères, de la vessie et de l’urètre (Dugas, 1979).
1.1.2 Processus de miction
La miction, définie comme étant l’évacuation de l’urine contenue dans la vessie, repose sur deux composantes nerveuses : l’une involontaire et l’autre volontaire (Figure 1.2).
Avant que les parois de la vessie se distendent, le sphincter interne serre le col vésical pour empêcher les fuites d’urine. Lorsque les mécanorécepteurs, situés sur le fundus de la vessie, détectent que les parois vésicales sont étirées, par voie de réflexe, le système
parasympathique provoque la contraction du sphincter interne (miction involontaire) par la stimulation du muscle détrusor situé dans le col vésical. Ainsi, le réflexe involontaire de la miction assure l’ouverture du col vésical. L’évacuation de l’urine est donc assurée par la contraction des muscles abdominaux et l’ouverture volontaire du sphincter externe via les nerfs honteux (miction volontaire).
Figure 1.2 Morphologie du système urinaire et illustration des deux sphincters. Le sphincter interne, situé dans le col vésical, est commandé par voie réflexe autonome (involontaire) par le système nerveux parasympathique. Le sphincter externe (volontaire) est stimulé par les nerfs honteux (tirée de Moore, 1992).
1.1.3 Morphologie de la vessie
À la section 2.3, nous expliquerons notre approche pour prédire la miction basée sur l’estimation du volume vésical à l’aide d’un transducteur orienté pour mesurer la profondeur de la vessie. Pour prédire la miction, la distance caractéristique mesurée entre les murs antérieur et postérieur de la vessie doit être représentative du volume vésical.
Afin d’optimiser la corrélation entre la profondeur et le volume vésical, nous devons positionner adéquatement la sonde, ce qui nous oblige à décrire au préalable la morphologie vésicale (position, forme et volume) et ce, en fonction de l’âge de la personne et du volume d’urine contenu dans la vessie.
La vessie est un organe musculaire creux se trouvant dans la cavité pelvienne. En pratique, chez le mâle adulte, elle est située devant le rectum et derrière la symphyse pubienne (Figure 1.3). Chez la femme adulte, elle est derrière la partie supérieure du vagin et devant l’utérus. Vide, la vessie d’un adulte ressemble à un ballon dégonflé se trouvant dans la région pelvienne mineure, derrière et légèrement au-dessus de l’os pubien. Lorsque la vessie se remplit, son sommet monte dans la région pelvienne majeure, parfois jusqu’au niveau du nombril. La vessie vide d’un jeune enfant se trouve entièrement dans la cavité abdominale (Figure 1.4). À mesure que l’enfant grandit, la vessie descend progressivement derrière le pubis. À l’âge de six ans, la vessie se trouve dans la région pelvienne majeure. Ce n’est pas avant la puberté que la vessie atteint la région pelvienne mineure. Il est par conséquent difficile de définir la position exacte de la vessie puisqu’elle dépend de l’âge et du volume d’urine. Cependant, la position de cet
organe chez le jeune enfant facilite l’estimation de son volume puisqu’il n’est pas caché par l’os pubien.
Figure 1.3 Position de la vessie chez le genre masculin (plan sagittal). Le plancher vésical est situé au niveau de la symphyse pubienne. Le sommet du fundus de la vessie peut atteindre le niveau du nombril au moment de la miction (Moore, 1979).
Figure 1.4 La vessie vide d’un enfant est située dans la cavité abdominale au-dessus de la symphyse pubienne (tirée de Moore, 1979).
La forme de la vessie est difficilement déterminable car elle est unique à l’individu, et qu’elle dépend de la position du sujet (couché/debout/assis) et du volume d’urine. Pleine, la vessie a une forme plus ou moins ovale. La dilatation de la vessie s'effectue de façon relativement uniforme grâce aux trois couches musculaires dont elle est entourée. Une étude réalisée par Hartnell et al. (1987) affirme que la vessie ne possède aucune forme prédéterminée. La Figure 1.5 illustre la variation de la forme de la vessie à deux moments différents, pour quatre sujets masculins (plan sagittal). Le contour fait de traits continus démontre la forme de la vessie avant la miction, alors que celui tracé en pointillé représente la vessie après la miction. On constate que la forme de la vessie varie dans le temps, en fonction du volume d’urine, et ce d’un individu à l’autre. Il est important de noter que le haut de la vessie monte progressivement vers la tête du patient lorsque le volume d’urine augmente. De plus, on constate une augmentation de la profondeur vésicale. Bien qu’il soit difficile de modéliser la vessie, nous mentionnerons à la section 2.1.2 quelques unes des formules mathématiques utilisées pour estimer le volume vésical, à partir de deux images caractéristiques 2D (plan transversal et sagittal) obtenues par ultrasons.
La vessie forme une poche très élastique dont le volume correspond approximativement à celui de l'urine. Après la miction, le volume d’urine est pratiquement nul bien que l’on retrouve occasionnellement un volume d’urine résiduel chez certains individus dont le processus urinaire est déficient.
Figure 1.5 Contours de la vessie (plan sagittal) de quatre sujets différents au moment de la miction (trait plein) et après l’évacuation de l’urine (trait pointillé).
Pleine, la vessie peut atteindre un volume de 1 litre (jusqu'à 2 litres en cas d'obstruction des voies urinaires) au moment de la miction. La vitesse normale de remplissage de la vessie se situe autour de 6 ml/min le jour, alors que la nuit les hormones ADH («AntiDiuretic Hormones») réduisent de moitié la production d’urine8, soit approximativement à 3 ml/min. Pour les enfants âgés de moins de douze ans, une formule empirique est utilisée pour estimer le volume vésical (Pétrican, 1998) telle que
30 ) 2
( + ×
= Âge
Vml (1.1)
8 La concentration de l’urine double durant la nuit.
1.2 Description du malaise
Cette section décrit le problème de l’énurésie nocturne chez les enfants. Tout d’abord, nous définirons ce malaise afin de distinguer l’énurésie nocturne primaire de l’énurésie nocturne secondaire. Puis, nous exposerons quelques causes hautement susceptibles d’entraîner l’incontinence nocturne ainsi que les conséquences principalement négatives et subies par les enfants et leur famille.
Il arrive fréquemment que les enfants âgés de six ans ou moins, spécialement les garçons, continuent de mouiller leur lit une nuit par semaine malgré un entraînement à la propreté (Roumeliotis, 1998). Les parents de ces enfants sont toujours étonnés d’apprendre que cette condition est fréquente et n’indique pas nécessairement un problème sérieux9. Toutefois, lorsque cette condition persiste ou qu’elle s’aggrave, l’enfant peut souffrir d’un malaise appelé énurésie nocturne. L’énurésie signifie étymologiquement l’écoulement des urines. Un synonyme couramment utilisé pour désigner cette condition est l’incontinence urinaire. Le petit Larousse (1989) définit l’énurésie comme une émission involontaire d’urine, généralement nocturne, persistant ou apparaissant à un âge où la propreté est généralement acquise.
Il faut faire la distinction entre l’énurésie diurne et nocturne, tant au niveau des causes, des conséquences et des méthodes de traitement (Kidshealth, 1998). Dans le cadre de ce projet, nous proposons une innovation thérapeutique et développons une solution pratique
9 C’est pourquoi on préfère parler de malaise plutôt que de maladie.
axées sur le traitement de l’énurésie nocturne. Par conséquent, nos démarches sont orientées sur ce malaise spécifiquement et non pas sur celui de l’énurésie diurne. Les considérations pratiques de l’énurésie nocturne seront présentées à la section 2.1.1.
Les urologues diagnostiquent l’énurésie nocturne en tenant compte de l’âge de l’enfant.
En effet, un enfant âgé de cinq ou six ans est énurétique s’il mouille son lit au minimum deux ou trois nuits par semaine, tandis qu’un enfant plus vieux l’est à partir d’une épisode par semaine (Roumeliotis, 1998). En outre, il existe deux types d’incontinence nocturne appelés respectivement primaire et secondaire. La première recoupe les cas où l’enfant n’a jamais cessé d’uriner et ce, depuis sa naissance. En d’autres mots, l’enfant n’a connu aucune période de propreté au cours de sa vie. La seconde s’attache aux cas où l’enfant est déjà demeuré propre pour un intervalle d’au moins 6 mois avant de recommencer à mouiller son lit (Roumeliotis, 1998).
Au Canada, plus de 300 000 enfants souffrent d’incontinence nocturne, alors qu’aux États-Unis, ce chiffre s’élève à plus de 5 millions (Rhône-Poulenc, 1998; Mayo Clinic, 1998). En Angleterre, 750 000 enfants âgés de sept ans sont énurétiques (Collinson, 1998). Statistiquement, 15% à 20% des enfants de cinq et six ans sont énurétiques la nuit (Kidshealth, 1998). Par ailleurs, Silberstein (1998) affirme que plus du quart des enfants âgés de quatre ans souffrent de ce malaise. La Figure 1.6 illustre le pourcentage d’enfants énurétiques de l’âge de 5 à 16 ans, tel que rapporté par le site London Enuresis Clinic
(1998). On remarque que 18% des enfants âgés de cinq ans sont énurétiques alors que seulement 1% le sont à l’âge de 16 ans.
Énurésie nocturne
0 5 10 15 20
5 7 10 16
Âge (ans)
Pourcentage (%)
Figure 1.6 Histogramme illustrant le pourcentage des enfants souffrant d’énurésie en fonction de l’âge (London Enuresis Clinic, 1998).
Les causes de l’incontinence nocturnes sont nombreuses et encore mal connues. Ici, il importe d’expliquer les causes les plus fréquemment rencontrées afin que le lecteur puisse comprendre le principe de chacune des thérapies expliquées à la prochaine section.
Chez les enfants, âgés de 3 ans et moins, l’incontinence nocturne est considérée normale car les neurones associés au contrôle du sphincter externe ne sont pas encore totalement développés. Occasionnellement, ces enfants vont même uriner involontairement durant le jour. Lorsque les épisodes d’incontinence sont exclusivement éprouvées pendant la nuit, plusieurs facteurs peuvent être impliqués. Voici une description des causes les plus souvent rencontrées :
• facteurs héréditaires : 57% des enfants énurétiques observés à l’hôpital duPont (USA) ont un membre direct de leur famille (père, mère, frère, sœur) qui a déjà été atteint d’énurésie nocturne (Kidshealth, 1998; Silberstein, 1998).
• facteurs psychologiques : le stress d’un divorce et de l’école peut entraîner ou aggraver l’énurésie nocturne (Kidshealth, 1998; Mayo Clinic, 1998).
• facteurs liés aux troubles du sommeil : on observe que 40% des enfants énurétiques ont un sommeil plus profond que celui des enfants normaux. Dans cette hypothèse, le processus de miction survient normalement et l’enfant relaxe son sphincter externe sans se réveiller. Cette cause de l’énurésie est plus fréquente chez les garçons que les filles, particulièrement pour ceux souffrant encore d’incontinence nocturne primaire à l’âge de 12 ans.
• facteur endocrinien : les hormones antidiurétiques réduisent la quantité d’urine produite durant la nuit afin de retarder le processus de miction. Chez les enfants normaux, la production d’urine chute de moitié durant la nuit contrairement aux énurétiques qui peuvent en déverser jusqu’à quatre fois plus. Une diminution ou une absence de sécrétion d’hormones diurétiques (ADH) est à l’origine de cette augmentation du volume d’urine qui déclenche le réflexe de miction durant le sommeil de l’enfant (Silberstein, 1998).
• facteurs comportementaux ou béhavioristes : il a été démontré que les enfants hyperactifs souffrant du syndrome AD/HD («Attention Disorder / Hyperactivity Disorder») demeurent incontinents la nuit plus longtemps que les enfants de nature calme et posée. Par ailleurs, la motivation de l’enfant à devenir continent est un
facteur déterminant pour la guérison. Les enfants peu affectés par leur condition deviennent, en général, continents moins rapidement (London Enuresis Clinic, 1998).
• facteurs reliés aux anomalies du système urinaire : les enfants dont le système nerveux parasympathique est défectueux souffrent généralement d’incontinence nocturne et diurne. Par ailleurs, des infections aux voies urinaires peuvent provoquer l’incontinence nocturne (Kidshealth, 1998).
• Facteur lié à la constipation : la constipation peut entraîner l’énurésie nocturne. Dans ce cas, l’énurésie disparaît généralement une fois que le problème de constipation est soigné (Kidshealth, 1998).
L’incontinence nocturne est un malaise sans danger pour la santé et qui disparaît généralement avec le temps. En effet, la majorité des enfants sont continents à l’âge de quatre ans (Collinson, 1998). Toutefois, le problème ne doit pas être pris à la légère puisqu’il peut mener à des troubles d’ordre émotionnel et affectif chez l’enfant. L’enfant peut souffrir d’angoisse, d’humiliation, de culpabilité, d’anxiété et d’un manque de confiance en soi, en plus de s’éloigner affectueusement de ses parents (Silberstein, 1998).
Ce problème peut également retarder le développement social de l’enfant car ce dernier croit souvent être le seul atteint de ce malaise (Kidshealth, 1998; Collinson, 1998). Ainsi, il évite d’en parler à ses amis par peur du jugement et préfère se priver d’une vie normale, plutôt que d’accepter le malaise. Par exemple, il ne fréquente pas les camps de vacances et évite de dormir hors de chez lui.
1.3 Thérapies actuelles
L’enfant qui mouille son lit n’a, à priori, aucune mauvaise intention. L’incontinence nocturne n’est pas un acte volontaire ou un signe de paresse de sa part (Kidshealth, 1998;
Silberstein, 1998). C’est pourquoi l’on conseille aux parents de ne pas humilier, gronder ou punir leur enfant10 énurétique (London Enuresis Clinic, 1998). De tels comportements contribuent habituellement à détériorer davantage l’estime et la confiance en soi de l’enfant et aggrave inutilement la situation (Silberstein, 1998; Rhône-Poulenc, 1998;
Health Sense International, 1998). La durée et l’efficacité d’une thérapie dépendent, en majeure partie, de l’attitude des parents à l’égard du problème. En effet, on observe que les enfants énurétiques corrigent plus rapidement leur malaise lorsque leurs parents les appuient moralement et usent de positivisme et de patience face à l’adversité (Kidshealth, 1998; Collinson, 1998). Avant tout, les parents doivent consulter un urologue qui examine l’enfant et propose la thérapie la mieux adaptée au problème et à la volonté des parents. L’énurésie nocturne n’est pas un problème sérieux, mais risque de le devenir s’il n’est pas traité adéquatement.
Sans thérapie, la majorité des cas d’énurésie nocturne se résolvent avec le temps, en raison d’une décroissance annuelle de 15%. Ainsi, la plupart des enfants âgés de six ans et moins ne suivent aucune de thérapie puisque le problème n’est pas encore considéré majeur (Mayo Clinic, 1998). À cet égard, l’âge moyen des enfants énurétiques traités à l’hôpital duPont pour enfants (USA) est de 10 ans (Kidshealth, 1998). Évidemment, le
10 L’enfant peut être ou non énurétique.
but des thérapies est de réduire le temps requis pour corriger le problème et il arrive qu’un enfant devienne continent après seulement un ou deux mois de traitements.
Il existe plusieurs thérapies pour traiter l’incontinence nocturne. Le but de cette section n’est pas d’expliquer exhaustivement chacune de ces thérapies mais plutôt de décrire celles qui aujourd’hui offrent les meilleures chances de guérison. Nous débuterons avec les avantages et inconvénients de la thérapie basée sur la médication. Ensuite, nous expliquerons le principe de la thérapie de l’alarme de conditionnement et illustrerons qu’elle s’avère le seul traitement durable de l’énurésie nocturne. En réalité, nous voulons souligner que l’innovation thérapeutique que nous proposons à la section 1.4 est fondée sur une amélioration de la thérapie la plus efficace actuellement.
Avant de décrire les thérapies basées sur la médication et l’alarme de conditionnement, mentionnons que l’acuponcture (Xi, 1998), l’hypnose et l’homéopathie demeurent des techniques utilisées pour traiter l’énurésie (London Enuresis Clinic, 1998). Certes, plusieurs recommandations pratiques, combinées à la thérapie, peuvent aider à diminuer la fréquence des épisodes d’incontinence nocturne. Les parents sont incités à limiter la quantité de fluide11 absorbé par l’enfant avant son coucher afin de minimiser la quantité d’urine produite durant la nuit. Ils doivent de surcroît s’assurer que l’enfant urine avant d’aller au lit (Mayo Clinic, 1998).
11 Éviter surtout les boissons contenant de la caféine.
1.3.1 Médication
Nous aborderons, à l’intérieur de cette sous-section, deux médicaments prescrits par les urologues pour lutter contre l’incontinence nocturne : l’imipramine et le desmopressin acetate.
Premièrement, l'imipramine, aussi appelé tofranil, est un antidépresseur utilisé depuis les années 1960 pour relaxer les muscles lisses de la vessie (Kidshealth, 1998; Silberstein, 1998). L’imipramine retarde la transmission de l’influx nerveux du système parasympathique qui survient lors de la miction involontaire (Health Sense International, 1998). Ce médicament, absorbé sous forme de comprimé, est à la fois efficace et peu onéreux, mais il entraîne occasionnellement des effets secondaires qui obligent parfois et momentanément la suspension du traitement. Parmi ces effets secondaires, on retrouve la nervosité, l’insomnie, le mal de ventre, la fatigue, les réactions allergiques et la diminution de la pression sanguine (Silberstein, 1998). De plus et aux États-Unis, la FDA («Food & Drug Administration») soupçonne l’imipramine d’avoir causé quatre-vingt décès d’enfants depuis les années soixante-dix (Health Sense International, 1998).
Lorsqu’une thérapie est abandonnée puis reprise, il faut généralement augmenter les doses pour obtenir un résultat similaire. La nécessité d’une augmentation démontre que l’imipramine perd de son efficacité avec le temps. Le pourcentage de succès de l’imipramine pour corriger l’énurésie après six mois de traitement tourne autour de 36%
(Figure 1.7). Par ailleurs, le succès du traitement par l’imipramine semble diminuer avec l’arrêt de son utilisation. En effet, six mois après la fin de la thérapie, seulement 16% des
enfants demeurent continents. Autrement dit, plus de la moitié des enfants traités avec succès après six mois de thérapie redeviennent incontinents dans une période de six mois après l’arrêt des traitements. Par conséquent, ce médicament est souvent limité à une utilisation ponctuelle pour éviter que l’enfant mouille son lit lorsque la situation l’oblige.
Pour la plupart des enfants qui utilisent l’imipramine, la continence est attribuée à la durée de la thérapie qui permet ironiquement au problème de disparaître naturellement (Silberstein, 1998).
Deuxièmement, le « desmopressin acetate » communément appelé DDAVP est une hormone antidiurétique synthétique qui fut récemment développée par Rhône-Poulenc (1998). Rappelons que les hormones antidiurétiques régissent la production d’urine durant la nuit. Ce médicament peut être prisé ou avalé dès l’âge de six ans. Le pourcentage de succès du DDAVP après six mois de traitement est autour de 68% (Figure 1.7) comparativement à 36% pour l’imipramine. Ainsi, l’utilisation de l’imipramine s’atténue puisqu’elle est remplacée, progressivement, par le DDAVP qui agit plus rapidement et présente moins d’effets secondaires (Rhône-Poulenc, 1998). Toutefois, tout comme l’imipramine, l’efficacité du DDAVP semble grandement diminuer lorsque l’enfant cesse de l’utiliser. Six mois après la fin de la thérapie, seulement 10% des enfants demeurent continents. Par conséquent, seul 15% des enfants traités avec succès après six mois de thérapie demeurent continents six mois après l’arrêt des traitements. De plus, ce médicament est coûteux (100$ par mois) et cette particularité s’avère un obstacle pour un traitement de l’énurésie à long terme (Health Sense International, 1998). Le
DDAVP entraîne aussi quelques effets secondaires tels que les maux de tête et l’irritation des voies nasales. En fait et tout comme l’imipramine, le DDAVP semble plus approprié pour un usage ponctuel, lorsque l'enfant est amené à passer la nuit hors de chez lui, par exemple.
1.3.2 Alarme de conditionnement
L’alarme de conditionnement est conçue pour modifier le comportement de l’enfant énurétique afin qu’il apprenne à se réveiller de lui-même, lorsque débute la miction. Les alarmes commerciales sont toutes basées sur le même principe : une électrode12 qui en détectant l’humidité déclenche une alarme, sonore ou vibrante, lorsque l’enfant urine dans son sous-vêtement. Le but de cette thérapie est de conditionner l’enfant à associer le réveil aux sensations naturelles perçues lorsque la vessie est pleine (London Enuresis Clinic, 1998). Ce type de thérapie demande une importante motivation de la part de l'enfant et de ses parents (Kidshealth, 1998). En effet, les parents auront à se lever régulièrement pendant la nuit afin de vérifier que leur enfant s’est bien réveillé avec le déclenchement de l’alarme. Les alarmes s’adressent donc plus particulièrement aux enfants qui sont suffisamment mûrs pour réaliser l’enjeu social de leur malaise. L’âge idéal pour débuter un tel traitement est de sept ans (Steele, 1993; Collinson, 1998).
L’avantage de ce traitement est qu’il permet à 56% des enfants de corriger définitivement leur problème d’incontinence nocturne, comparativement à 16% pour l’imipramine et 10% pour le DDAVP. Plusieurs études ont démontré que la thérapie de l’alarme de
conditionnement est celle qui offre une solution durable au problème de l’énurésie (Monda et Husmann, 1995). Notons également que ce traitement est peu onéreux puisqu'il en coûte de 50$ à 100$ pour un tel dispositif et qu'aucune dépense supplémentaire n’est requise durant la thérapie. Palco Laboratories commercialise une telle alarme de conditionnement appelée «Wet-Stop» qui se vend 65$US. Notez qu’une alarme de conditionnement est particulièrement recommandée pour les enfants souffrant du syndrome AD/HD («Attention Disorder / Hyperactivity Disorder») qui utilisent déjà des médicaments pour traiter leur hyperactivité (Kidshealth, 1998).
Guérison de l'énurésie nocturne
36
68 63
16 10
56
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Imipramine DDAVP Enuresis alarm
Thérapies
Pourcentage (%)
Après 6 mois de thérapie
6 mois après la fin de la thérapie
Figure 1.7 Histogramme illustrant le pourcentage de guérison de l’énurésie par les thérapies de l’imipramine, du DDAVP et de l’alarme de conditionnement à deux moments différents ((Monda et Husmann, 1995).
12 L’électrode est généralement placée dans le sous-vêtement de l’enfant.
1.4 Innovation thérapeutique proposée
Les alarmes commerciales actuellement disponibles sur le marché sont conçues pour réveiller l’enfant au début de la miction, c’est-à-dire une fois la fuite d’urine détectée. Par conséquent et tout au long de la thérapie, l’enfant persiste à mouiller son lit jusqu’à ce qu’il réussisse à associer le réflexe de la miction au réveil. Nos recherches tentent précisément de maximiser l’efficacité des alarmes de conditionnement traditionnelles.
Nous proposons donc, dans ce mémoire, de réveiller l’enfant avant que débute la miction.
Cette innovation thérapeutique de l’énurésie nocturne devrait avoir les répercussions suivantes :
• diminution de la durée de la thérapie. Du fait que l’alarme est déclenchée avant que l’enfant urine, l’efficacité du conditionnement de la vessie sera accrue étant donné que la miction volontaire sera totalement contrôlée par l’enfant (sphincter externe) après qu’il soit réveillé.
• augmentation du taux de participation à la thérapie. Puisque cette alarme prévient les fuites d’urine, nous croyons que l’utilisation de la médication ne sera plus autant justifiée que par le passé. Plus d’enfants et leur famille adhéreront à cette thérapie puisque, à l’instar de la médication, elle permettra de régler le problème ponctuellement. L’augmentation du taux de participation à cette thérapie aura aussi des répercussions d’ordres économiques.
• atténuation des troubles émotifs. Les effets négatifs causés par l’humiliation, l’angoisse, la culpabilité et l’anxiété subies par les enfants qui mouillent leur lit seront réduits si nous pouvons réveiller l’enfant avant la miction.
• augmentation du pourcentage de guérison de l’énurésie. Puisque les enfants savent qu’ils seront réveillés avant d’uriner, ils éprouveront moins de stress et seront davantage motivés à corriger leur problème. Comme nous l’avons déjà mentionné, la participation active de l’enfant est la condition primordiale pour la réussite de cette thérapie.
Au moment où le réflexe de miction est déclenché, le volume vésical atteint un seuil que nous appellerons seuil critique ou volume critique. À l’évidence ce seuil, différent pour chaque enfant, ne constitue pas une limite maximale puisque la miction peut être volontairement retardée à l’aide du sphincter externe. Ainsi, pour réveiller l’enfant avant la miction, l’alarme de conditionnement que nous proposons estime le volume vésical. De la sorte, nous déclenchons l’alarme lorsque le volume de la vessie est légèrement sous le seuil critique. À la section 2.1, nous déterminerons la méthode la mieux adaptée à l’estimation du volume vésical pour le traitement de l’énurésie nocturne.
CHAPITRE II
2 MÉTHODOLOGIE DES TRAVAUX
Ce chapitre décrit les démarches poursuivies lors de ce projet afin de proposer une alarme de conditionnement capable de prédire la miction par l’estimation du volume vésical d’un enfant durant la nuit. Au chapitre 1, nous avons traité la problématique de l’énurésie nocturne pour ensuite exposer le principe de la thérapie de conditionnement par une alarme et son inconvénient majeur. Malgré l’efficacité de cette thérapie pour corriger l’énurésie de façon durable, l’alarme disponible commercialement ne prévient pas les fuites d’urine. Nous croyons qu’une telle thérapie serait davantage prisée si nous pouvions réveiller l’enfant avant la miction. La section 2.1 s’attarde aux considérations pratiques de notre application afin de justifier le choix des ultrasons comme méthode d’estimation s’adaptant le mieux au traitement de l’énurésie nocturne. Ensuite, nous ferons la revue de nos travaux de recherche précédents qui ont permis de développer une alarme de conditionnement ultrasonore, testée cliniquement sur des enfants de l’hôpital Sainte-Justine de Montréal (Pétrican, 1998). Nous décrirons l’approche d’estimation adoptée par notre équipe pour déclencher l’alarme au moment où le volume vésical atteint un seuil critique. De plus, nous décrirons l’architecture de cette alarme conçue, expliquerons les tests de validation effectués et rapporterons les résultats obtenus. Nous justifierons pourquoi cette alarme n’a pu être commercialisée jusqu’à maintenant, et illustrerons les changements requis pour assurer la fiabilité des mesures effectuées
pendant le sommeil de l’enfant. Nous terminerons ce chapitre par une brève description de la nouvelle alarme proposée dans le cadre de ce projet.
2.1 Technique d’estimation du volume vésical
Cette section cherche à décrire les considérations pratiques associées au traitement de l’incontinence nocturne, lesquelles justifieront le choix des ultrasons comme méthode la mieux adaptée à l’estimation du volume de la vessie. Notre intention n’est pas la couverture exhaustive de chacune des méthodes d’estimation du volume vésical, mais bien la démonstration que les ultrasons s’avèrent la seule qui respecte toutes les particularités de notre application. Pour de plus amples renseignements, les différentes techniques non-invasives sont bien documentées dans la littérature (Pétrican, 1998).
Ensuite, nous expliquerons comment les ultrasons sont généralement utilisés pour estimer le volume de la vessie. La première technique décrite emploie l’imagerie médicale pour modéliser mathématiquement le volume vésical, à partir de distances caractéristiques mesurées sur deux sections perpendiculaires de la vessie. Puis, nous décrirons le principe des calculs réalisés par certains appareils ultrasoniques qui estiment directement (sans imagerie médicale) le volume vésical par sommation de volumes infinitésimaux, régulièrement espacés. Ces démarches sont réalisées afin de démontrer que la profondeur et la hauteur de la vessie d’un enfant (plan sagittal) sont des paramètres qui permettent de prédire la miction. Ainsi, nous illustrerons la dualité entre la précision de l’estimation du volume vésical et la complexité de l’approche utilisée.
Pour terminer, nous expliciterons les principes fondamentaux des ultrasons. Nous décrirons les propriétés de propagation et de réflexion des ultrasons dans le corps humain et examinerons comment ils sont générés et traités. Nous traiterons également du transducteur ultrasonore, élément à partir duquel les ultrasons sont émis et reçus. Notre description de ses propriétés (fréquence, diamètre, facteur de qualité) permettra d’illustrer sa résolution axiale et latérale lorsqu’il est excité dans le mode pulsé. Pour finir, nous décrirons l’architecture globale d’un appareil ultrasonique afin d’illustrer le but de chacun des étages fondamentaux, c’est-à-dire ceux responsables de l’excitation du cristal ultrasonore et du traitement des échos reçus.
2.1.1 Considérations pratiques
Il existe à ce jour plusieurs techniques pour estimer le volume vésical. Toutefois, l’application pour laquelle nous développons une nouvelle alarme de conditionnement nous impose quelques restrictions et ceci nous amène à rejeter la plupart de ces méthodes.
À la section 1.2, nous avons décrit le malaise de l’énurésie nocturne. Il importe ici de souligner les considérations pratiques de notre application afin de démontrer que les ultrasons s’avèrent la méthode d’estimation appropriée au traitement de l’incontinence nocturne.
La méthode adaptée pour évaluer le volume vésical ne doit pas contraindre l’enfant à subir des interventions chirurgicales. En effet, il serait peu justifié de devoir opérer un
enfant afin de corriger un problème de cette importance. Par conséquent, toutes les techniques invasives doivent être rejetées. En effet, le volume vésical ne peut être estimé par la mesure de la pression interne ou de la dilatation surfacique des parois vésicales (effet Hall) puisque les capteurs requis doivent être implantés directement sur la vessie.
L’alarme de conditionnement que nous développons doit rivaliser avec les alarmes actuellement sur le marché. Cette alarme doit occuper le plus petit volume possible pour que l’enfant puisse la porter durant la nuit. Son coût doit être similaire à celui des alarmes traditionnelles. Aussi, nous devons choisir une méthode d’estimation du volume vésical qui soit suffisamment précise lorsque les critères de dimensions et de coût sont respectés.
Voilà pourquoi, l’évaluation du volume vésical par la mesure de son impédance bioélectrique est une méthode rejetée puisqu’elle n’est pas considérée portable et sans assistance. En effet, cette méthode requiert une multitude d’électrodes encombrantes, influencés par la température et l’humidité, et nécessite la présence d’une seconde personne pour assurer la précision des mesures. Elle est plutôt utilisée cliniquement pour estimer la quantité totale d'eau dans le corps humain (Thomas, 1992).
Le choix des ultrasons est légitime puisque cette méthode d’estimation non-invasive, sans danger pour la santé, nécessite une électronique dont la complexité peut être minimisée afin de réduire la grosseur et le coût de l’alarme. Nous proposons alors de développer une alarme de conditionnement ultrasonore peu encombrante, tout en étant suffisamment précise pour réveiller l’enfant avant la miction. À la section 2.2, nous décrirons
l’architecture de l’alarme précédemment conçue par notre équipe (Pétrican, 1998) et illustrerons la conséquence de sa miniaturisation sur la précision de l’évaluation du volume vésical.
Les ultrasons sont fréquemment utilisés pour estimer le volume résiduel d’urine des patients éprouvant de la difficulté à vider complètement leur vessie après la miction (Kruczkowski, 1990). Traditionnellement, les urologues retirent cette urine stagnante à l’aide d’un cathéter, introduit directement dans l’urètre. Les ultrasons interviennent généralement pour vérifier si la vessie contient un volume d’urine supérieur à 100 ml avant de recourir à cette technique invasive qui provoque occasionnellement des infections aux voies urinaires (Revord, 1993). Typiquement, l’estimation du volume vésical par ultrasons peut ou non utiliser l’imagerie médicale.
Depuis les années soixante, l’imagerie médicale est employée pour estimer le volume de la vessie. La technique d’estimation utilise deux sections de la vessie provenant de plans perpendiculaires, l’un transversal et l’autre sagittal (Figure 2.1). De nos jours, ces deux images 2D sont relevées à l’aide d’un appareil ultrasonique, généralement en temps réel, où la sonde sectorielle (Griffiths, 1986) ou linéaire, balaye la région abdominale afin de relever la plus grande section de la vessie dans chacun de ces deux plans (sagittal et transversal). Chez un adulte, nous l’avons mentionné, la vessie est légèrement située
derrière la symphyse pubienne, ce qui complique l’acquisition de ces images. En effet, la direction de propagation des ultrasons doit faire un angle de 10° à 20° (vers le bas) par rapport au plan transversal. Par conséquent, la précision de l’évaluation du volume vésical dépend de l’expérience du technicien procédant à l’acquisition des images. Avec celles-ci, la vessie peut être modélisée et son volume peut être estimé mathématiquement.
L’erreur d’estimation se situe généralement autour de 20% du volume réel (Hartnell, 1987).
Sagittal
Transversal
Figure 2.1 Illustration des deux plans (sagittal et transversal) à partir desquelles le volume vésical est estimé par imagerie médicale (Williot, 1988).
La Figure 2.2 illustre les distances caractéristiques servant à modéliser mathématiquement le volume vésical d’un adulte selon la méthode de Hakenberg (1983) et celle de Poston et al. (1983).
Poston et al. (1983) : V =0.7•
(
H•L•P1)
(2.1)Hakenberg et al. (1983) : V =0.65•H•
(
P1•P2 2)
•L (2.2)Le but ne consiste pas à décrire tous les modèles mathématiques existants (ellipsoïde, sphère, parallélépipède), mais plutôt à illustrer la possibilité d’évaluer le volume de la vessie à partir de distances caractéristiques telles que la hauteur, la largeur, et la profondeur. Ces distances sont représentatives du volume d’urine puisqu’elles augmentent dans le temps, à mesure que la vessie se remplit. Or, Harrison et al. (1976) ont constaté que le plan sagittal représente la section de la vessie qui est la plus sensible à une augmentation du volume d’urine. Voilà pourquoi, à la section 2.3, nous proposons une méthode pour prédire la miction qui est basée sur la variation de la profondeur et de la hauteur de la vessie.
À la section 1.1, nous avons mentionné que la vessie ne possède pas de forme prédéterminée, d’où les différents modèles utilisés pour en estimer le volume.
Néanmoins, la vessie d’un enfant est schématisée à l’aide généralement d’un parallélépipède tel qu’illustré à la Figure 2.3 (Williot, 1988). On constate donc chez l’enfant que la profondeur vésicale est relativement constante sur toute la hauteur. Par ailleurs et puisque la vessie d’un enfant n’est pas cachée par la symphyse pubienne, elle est plus facilement détectable que celle d’un adulte. En effet, la vessie d’un enfant se déplace entre la région pelvienne majeure et la cavité abdominale ce qui facilite l’acquisition des images, l’angle incident de pénétration du faisceau d’ultrasons étant parallèle au plan transversal. En d’autres mots, les démarches nécessaires pour acquérir
les deux plans caractéristiques de la vessie sont simplifiées lorsqu’elles sont réalisées sur un enfant.
Figure 2.2 Paramètres utilisés par Hartnell (1987) pour estimer le volume vésical par imagerie médicale.
L P
H
Vue antérieure
Vue postérieure
Pieds
Tête Gauche
Droite
Sagittal Transversal
Figure 2.3 Modélisation de la vessie d’un enfant proposée par Williot (1988).
