Mesure non invasive de suivi des transferts de fluides liés aux activités cardiorespiratoires chez le rat : vers une «bague aortique virtuelle»

Non-invasive measurement of fluids exchanges induced by cardiorespiratory activity on the small animal : toward a "virtual aortic flowprobe"

• Auteur / Autrice : Timothé Flenet
• Direction : Pierre-Yves Guméry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement
• Date : Soutenance le 03/02/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l’ingénierie médicale et de la complexité - Informatique, mathématiques et applications (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Lévy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julie Fontecave Jallon, Régis Rieu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadia Butterlin-Fillon, Jean-Yves Le Guennec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Zoologie médicale

Respiration artificielle

Ventilation non invasive

Rats de laboratoire

Mots clés libres

Plethysmographie inductive

Débit cardiaque

Non invasif

Études pré-Cliniques

Exploration fonctionnelle

Inductive plethysmography

Cardiac output

Non invasive

Pre-Clinical studies

Functional exploration

Résumé

Il est avéré que les signaux de pléthysmographie par inductance comportent des composantes cardiaques et respiratoires pouvant présenter un intérêt pour un suivi physiologique. Cette technique est largement utilisée chez l’homme et chez les mammifères de taille moyenne, mais n’a jamais été mise en œuvre chez les petits rongeurs de laboratoire comme le rat. Cette thèse vise à apporter la preuve analytique et expérimentale (TRL3) d’une application cardiaque de la pléthysmographie cardiorespiratoire par inductance (PCRI) fondée sur le concept amont de « bague aortique virtuelle » (BAOV). La BAOV permet de mettre en œuvre une mesure externe des débits aortiques « instantanés » à l’aide de la PCRI en lieu et place d’un instrument positionné autour du vaisseau lui-même.La thèse a débuté par une phase de spécification et de conception guidée par l’interdépendance entre la physiologie et les contraintes instrumentales. Les performances métrologiques à atteindre sont dictées par un saut d’échelle entre l’homme et le rat. Le développement d’une chaine de mesure optimisée a permis de repousser les limites des systèmes existants en rendant possible la mesure de variations de volumes de quelques microlitres. En parallèle, l’identification de critères de validation, de méthodes de référence et la mise au point de protocoles expérimentaux ont conduit à la définition d’une stratégie de validation de l’instrument de mesure développé et du concept de BAOV.À l’issue de ces trois années, un système de PCRI à ultra-haute résolution a été mis au point. Après calibration, l’exactitude sur les mesures de variations de section est de 5 % sur un banc de test micrométrique. L’interchangeabilité de la mesure des variations de volume du thorax sur la gamme physiologique a été évaluée par rapport à une mesure pneumotachographique sur 9 animaux anesthésiés. Les limites d’agrément obtenues sont inférieures à 20 %. L’induction d’un challenge hémodynamique sur 11 animaux anesthésiés dont le débit aortique est mesuré en parallèle avec la PCRI et une bague de débit ultrasonique placée au niveau sous-diaphragmatique démontre l’équivalence entre les deux systèmes. Par ailleurs, la grande similitude entre les signaux de débits des deux méthodes valide le concept de bague aortique virtuelle proposé

It is recognized that inductive plethysmographic signals contain cardiac and respiratory components, which can be of interest for physiological monitoring. This technology is widely used in humans and medium mammals, but it has never been implemented in small laboratory rodents. This PhD aims to provide the analytic and experimental proof (TRL3) of a cardiac application of the cardio-respiratory inductive plethysmography (CRIP), based on the upstream concept of an “virtual aortic probe” (VAP). The VAP allows to realize an extern measure of “instantaneous” aortic flows thanks to CRIP instead of an instrument located directly around the vessel.The PhD starts with a phase of specification and conception driven by the interdependency between physiology and instrumental constraints. The expected metrological performances are established by a scale jumping between man and rat. The development of an optimized acquisition line has enabled to stretch the limits of existing systems; it allows to measure volume variations of a few microliters. At the same time, validation criteria and reference methods have been identified and experimental protocols have been specified in order to define the validation strategy of the developed instrument and VAP concept.At the end of these 3 years, an ultra-high resolution CRIP system has been developed. After calibration, the accuracy on the section variation measurements is 5% on a micrometric test-bench. The interchangeability of the thorax volume variation measure on a physiological range has been evaluated by comparison with a pneumotachographic measure on 9 anesthetized animals and the limits of agreement are lower than 20%. A hemodynamic challenge has been induced on 11 anesthetized animals, and the aortic flow has been simultaneously measured by CRIP and with an ultrasonic flow probe at under diaphragm level. This demonstrates the equivalence between both systems. And the high similarity between flow signals from both methods validates the proposed concept of virtual aortic probe