Vers une interface cortex-ventilateur : détection et analyse de l'activité électrique du cortex cérébral pour la caractérisation et la modulation des interactions patient-ventilateur en anesthésie et en réanimation humaines – EEG-PVI

Les situations d'inconfort respiratoire s'accompagnent de l'apparition d'un signal électroencéphalographique. Cette signature électrique peut être recueillie au moyen d'électrodes placées sur la tête et le front du patient. L'objectif de ce projet est d'extraire ce signal de faible amplitude, et de le traiter en temps réel afin de générer une alarme lorsque la signature électrique de l'inconfort respiratoire est détectée. Cette alarme alertera les soignants, les enjoignant à modifier les réglages du ventilateur pour corriger cet inconfort. Toute la difficulté repose sur la capacité du dispositif à ne détecter en temps réel que des changements de signal électroencéphalographique subtils, liés à la ventilation et à rien d'autre.

Les travaux réalisés ont permis d'établir la signature électrique du signal électroencéphalographique associé à l'inconfort respiratoire au cours de la ventilation mécanique. Cette signature peut être détectée en temps réel.

La méthode d'analyse utilisée pour détecter les épisodes d'inconfort ventilatoire est plus performante que les méthodes actuellement utilisées en routine, lesquelles se contentent d'analyser des signaux de pression et de débit d'air produits par le respirateur de réanimation. Ces résultats légitiment l'approche centrée sur l'évaluation du patient et non de sa machine de respiration artificielle pour évaluer l'inconfort respiratoire en ventilation mécanique.

Les résultats obtenus ont fait l'objet d'un dépôt de brevet protégeant un dispositif de surveillance del 'inconfort respiratoire en réanimation. Ces travaux suscitent l'intérêt d'un industriel européen de la ventilation mécanique.

L'assistance ventilatoire mécanique est une mesure de suppléance vitale qui a pour objectif premier de pallier les défaillances aiguës ou chroniques de l'appareil respiratoire. C'est l'approche thérapeutique la plus fréquemment mise en oeuvre en réanimation. Outre ses effets physiologiques, l'assistance ventilatoire mécanique soulage le symptôme dominant de la défaillance respiratoire qu'est la dyspnée. Elle doit remplir la double fonction d'améliorer les échanges gazeux et d'assurer le confort du patient, faut de quoi comme toute thérapeutique mal adaptée elle peut devenir délétère et être responsable de complications iatrogéniques. Autant les modalités de surveillance des effets physiologiques de l'assistance ventilatoire sont bien codifiées et d'usage simple, autant les modalités d'évaluation de l'harmonie patient ventilateur considérée sous un angle sensoriel sont peu nombreuses, peu codifiées, et peu utilisées. C'est particulièrement vrai chez les patients pauci-communicants, situation fréquente en réanimation.
Le présent projet s'inscrit directement dans cette problématique. Il a pour objectif la mise au point d'un dispositif de type interface cerveau–machine permettant le monitorage de la qualité de la relation entre un patient et son ventilateur au cours de l'assistance ventilatoire. Il repose sur des enregistrements et traitements de l’électroencéphalogramme visant à identifier des profils spécifiques d'une interaction patient-ventilateur inadéquate et à déclencher des alarmes en présence de ces profils. Si ce projet est couronné de succès, il formera la base d'un programme plus ambitieux, visant à asservir certains réglages du ventilateur au signal électroencéphalographique.
Le dispositif proposé repose sur des travaux antérieurs de l'équipe candidate ayant permis la mise en évidence sur l'électroencéphalogramme d'un potentiel dit "pré-inspiratoire" (PPI) en réponse à l'imposition expérimentale d'une contrainte inspiratoire. Cette situation caractérise la plupart des dysharmonies patient-ventilateur. Le PIP disparaît après réglage du ventilateur visant à restaurer une relation harmonieuse entre les deux partenaires. Ce principe de détection d’un réglage inapproprié du ventilateur fait l’objet d’une mesure de protection intellectuelle (brevet) déposé par l’UPMC en 2008 au nom des candidats.
Le propos de ce projet est donc de valoriser le travail expérimental réalisé par l’équipe candidate, sous la forme du développement d’un prototype permettant de détecter automatiquement, au lit du patient, les épisodes de dysharmonie patient-ventilateur. Ce dispositif doit être robuste aux interférences inhérentes à l’environnement de réanimation. Ce prototype sera composé d’une électrode à usage unique placée sur le scalp du patient, d’un tuyau souple connecté au circuit du ventilateur et d’un dispositif électronique d’analyse des signaux ainsi recueillis. Lors de la détection d’un PIP signant la présence d’une dysharmonie, le dispositif génèrera un signal d’alarme qui sera envoyé aux dispositifs de surveillance des patients en réanimation, dans le but d’alerter les soignants afin que ces derniers procèdent à des modifications des réglages du ventilateur pour restaurer l’harmonie.