Exploration de la fonction respiratoire des patients neuromusculaires à partir d’une analyse en trois dimensions (3D) du mouvement de la paroi thoracoabdominale

Exploration of the respiratory function of neuromuscular patients from a 3D motion analysis of the thoraco-abdominal wall

• Auteur / Autrice : Henri Meric
• Direction : Frédéric Lofaso, Didier Pradon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du sport, de la motricité et du mouvement humain
• Date : Soutenance le 17/10/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du sport, de la motricité et du mouvement humain (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Handicap neuromusculaire : physiopathologie, biothérapie et pharmacologie appliquées (Versailles ; 2015-....) - Handicap neuromusculaire : Physiopathologie- Biotechnologies et Pharmacologie appliquée / END-ICAP
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : David Mitton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Blazevic
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Raphaël Zory, Stefan Matecki

Mots clés

Mots clés contrôlés

Myopathes

Spirométrie

Mesure

Dispositifs optoélectroniques

Maladies neuromusculaires

Appareil respiratoire

Maladies

Diaphragme (anatomie)

Mots clés libres

Respiration

Analyse 3D

Mouvement

Neuromusculaire

Respiratory

3D analysis

Motion

Neuromuscular

Résumé

Ce travail se divise en deux parties : la première partie consiste à développer et valider une technique d’exploration de la fonction respiratoire à l’aide d’outils de capture du mouvement de la cage thoracique et de l’abdomen en trois dimensions. L’innovation consiste en l’application d’une méthode de calcul des volumes pulmonaires mobilisables non encore utilisée avec cette technique. La deuxième partie consiste à mettre en évidence l’intérêt médical de cette technique par son utilisation clinique sur des pathologies respiratoires ciblées et/ou dans des conditions médicales spécifiques. Dans un premier temps et suite à une analyse de la littérature des méthodes d’exploration de la fonction respiratoire par mesure optoélectronique,nous avons proposé une nouvelle méthode de calcul des volumes respiratoires à partir de capture de mouvement de la paroi thoracoabdominale.Cette méthode prend en compte les déplacements de la surface de la paroi thoracoabdominale. Une comparaison entre cette nouvelle méthode,la méthode optoélectronique habituellement utilisée et la spirométrie(méthode de référence) montre que cette nouvelle méthode permet une évaluation précise des volumes respiratoires. Dans un second temps,une fois la question métrologique de mesure suffisamment précise des volumes validés, nous nous sommes intéressés à l’intérêt clinique d’apprécier la contribution des différents compartiments de la paroi thoracoabdominaleà la ventilation des patients myopathes et des sujets sous ventilationmécanique. Une première étude sur une population de patients présentant une déficience en maltase acide, visant l’identification du dysfonctionnement diaphragmatique a été réalisée. Ainsi nous avons pu démontrer que la contribution de la région abdominale à la ventilation est corrélée avec les indices invasifs évaluant la fonction diaphtragmatique. Cela nous permet maintenant de suivre l’évolution de la fonction diaphragmatique de ces patients de manière non invasive. Une seconde étude visait l’analyse de la contribution abdominale de la ventilation lorsque cette dernière est assistée mécaniquement. Ainsi nous avons pu observer que la ventilation mécanique diminuait la contribution abdominale, quel que soit le mode d’assistance ventilatoire utilisé, ce qui suggère une diminution de l’activité diaphragmatique sous ventilation mécanique et donc de confirmer une efficacité de ventilation mécanique. Une troisième étude sur le patient atteint de la myopathie de Duchenne de Boulogne a permis de quantifier les effets à court terme des manoeuvres d’insufflation et d’exsufflation sur la mobilité non assistée de la cage thoracique. Ainsi nous avons observé, immédiatement après ces manoeuvres, une meilleure expansion et une symétrisation de cette expansion thoracoabdominale lors d’inspirations et d’expirations maximales. Cela plaide pour une utilisation plus systématique de ces techniques au quotidien lors de la prise en charge de cette population, en particulier pour ceux qui présentent une dysharmonie du mouvement thoracoabdominal.Ce travail nous permet de proposer cette nouvelle exploration pour suivre des maladies chroniques évolutives affectant la mécanique respiratoire et l’effet des traitements spécifiques et d’envisager une application industrielle de ce nouvel outil de mesure.

This work is divided into two parts : the first part is to developand validate a technical exploration of respiratory function using motioncapturetools of the chest and abdomen in three dimensions. Innovation isthe application of a method of calculation of underlying lung volumes notyet used with this technique. The second part is to highlight the medicalinterest of this technique for clinical use in targeted respiratory pathologiesand/or specific medical conditions.First and following a literature review of methods of exploration of respiratoryfunction by optoelectronics measure we have proposed a new methodto compute respiratory volumes of motion capture of thoracoabdominalwall. This method takes into account the movements of the thoracoabdominalsurface of the wall. A comparison between this new method, optoelectronicstandard approach and spirometry (Reference method) showsthat this new method allows an accurate assessment of respiratory volumes.Secondly, once the issue of metrological sufficiently accurate measurementof volumes validated, we looked at the clinical interest of enhancing thecontribution of the different compartments of the thoracoabdominal wallin the breakdown of muscular dystrophy patients and mechanically ventilatedsubjects. An initial study on a population of patients with acid maltasedeficiency, for the identification of the diaphragmatic dysfunction was performed.Thus we have demonstrated that the contribution of the abdominalarea for ventilation is correlated with invasive indices transdiaphragmaticpressures. This now allows us to follow the evolution of diaphragmaticfunction of these patients noninvasively. A second study was the analysis ofthe abdominal contribution to the ventilation when the latter is mechanicallyassisted. Thus we have seen that mechanical ventilation decreased abdominalcontribution, whatever the method of ventilatory assistance used,suggesting a decrease in diaphragmatic activity under mechanical ventilationand thus confirm a mechanical ventilation efficiency. A third studyon the patient with Duchenne de Boulogne has quantified the short-termeffects of blowing maneuvers and exsufflation on unassisted mobility ofthe rib cage. Thus we observed immediately after these maneuvers, betterexpansion and balancing this thoracoabdominal expansion during inspirationand maximum expiration. This calls for a more systematic use of thesetechniques every day in the care of this population, particularly for thosewith disharmony of thoracoabdominal movement.This work allows us to offer this new exploration to follow evolving diseasesaffecting the respiratory mechanics and impact of specific treatmentsand to envisage an industrial application of this new measurementtool.