Conception d'un modèle adaptatif pour l'identification des paramètres mécaniques de la respiration humaine

Abstract

L'objectif de cette étude est d'analyser l'évolution des paramètres d'un modèle mécanique de la ventilation pulmonaire sur les diverses phases physiologiquement significatives d'un cycle du débit respiratoire. Ces phases ont-elles des paramètres différents? Un modèle linéaire de second ordre qui tient compte de l'inertance et de la pression de fin de cycle, est retenu pour représenter le système ventilatoire humain. Cette étude présente brièvement le principe des filtres adaptatifs, et des algorithmes d'adaptation décrits dans la littérature. Le combinateur linéaire, l'algorithme du plus petit carré moyen (LMS Algorithm), et l'algorithme récursif des moindres carrés (RLS Algorithm), sont décrits en détail. L'algorithme récursif des moindres carrés (RLS) est utilisé pour déterminer les paramètres du modèle ventilatoire retenu. Cette identification se fait selon les diverses phases du débit respiratoire. Le cycle de débit est, soit pris dans son ensemble, soit divisé en deux régions (inspiration, expiration), soit encore, divisé en quatre régions (inspiration croissante, inspiration décroissante, expiration croissante, expiration décroissante). Les tests effectués respectivement avec des signaux synthétiques, avec des signaux d'un simulateur analogique, et avec des signaux réels, ont montré que la méthode d'identification proposée donne de bons résultats. Avec les signaux synthétiques et les signaux d'un simulateur analogique, les paramètres trouvés ont les mêmes, indépendamment du type de partition du signal de débit respiratoire (cycle entier, deux régions, quatre régions). Les paramètres correspondants aux signaux réels étudiés ne sont pas tous indépendants des phases respiratoires. La résistance et la pression de fin de cycle sont sensiblement les mêmes en inspiration qu'en expiration, tandis que l'élastance et l'inertance inspiratoires sont estimés presque au double de leurs valeurs respectives en expiration. La subdivision d'un cycle de débit réel en quatre régions (inspiration croissante, inspiration décroissante, expiration croissante, expiration décroissante) ne semble pas apporter d'avantages par rapport à la décomposition en deux phases. Cette étude montre, avec les signaux réels utilisés, que les paramètres varient effectivement en fonction des diverses phases d'un cycle de débit respiratoire. Les algorithmes ont été développés et vérifiés et on pourrait envisager, comme suite de cette étude, une analyse expérimentale plus systématique avec des signaux réels de cas physiologiques significatifs.