Modélisation numérique et stratégies de commande du débit expiratoire pour éviter le collapsus des voies respiratoires en ventilation liquidienne totale

Abstract

Le monde de la médecine recherche continuellement de nouveaux moyens pour repousser les limites de la pratique. Depuis plusieurs années, la ventilation liquidienne totale (VLT) est étudiée pour aider le support respiratoire des patients en détresse respiratoire sévère. Cette nouvelle technique de ventilation remplace le mélange gazeux normalement inhalé, par un liquide (PFC). En VLT, les poumons sont totalement remplis de PFC et un ventilateur liquidien assure l'insertion et le retrait d'un volume courant. L'équipe interdisciplinaire Inolivent développe et expérimente depuis 10 ans la VLT. Lors des essais, une problématique majeure a été rencontrée : le collapsus expiratoire. Contrairement à la ventilation gazeuse ou l'expiration est passive, l'expiration doit être active pour forcer l'extraction du liquide. Le système de pompage crée alors une dépression dans la trachée qui peut mener à l'écrasement des voies respiratoires, c'est le collapsus expiratoire. Ce dernier peut être évité en diminuant le volume et/ou la fréquence respiratoire, mais au risque de compromettre la rémission du patient. L'objectif de cette thèse est donc la compréhension de ce phénomène, afin d'élaborer des solutions permettant d'optimiser la ventilation. La compréhension s'appuie sur la modélisation numérique des écoulements fluides dans les poumons. Ce modèle a été validé in vivo sur le modèle ovin du nouveau-né. II a permis de démontrer que le collapsus se produit avant tout dans la trachée, ce qui justifie la présence d'un capteur de pression à cet endroit. De plus, il a mis en lumière certains paramètres importants à considérer, dont la pression de fin d'inspiration (Peip), qui influencent grandement la ventilation minute (produit de la fréquence respiratoire par le volume courant). Le modèle numérique démontre la pertinence de mettre en place une stratégie de contrôle, basée sur une expiration régulée en pression. La conception du contrôleur est basée sur les modèles des poumons et du système de pompage. Le contrôle en pression est une approche couramment utilisée sur les ventilateurs gazeux et elle s'avère parfaitement applicable à la VLT. Ainsi, pour un clinicien, ce mode de contrôle permet l'élimination et la gestion des collapsus expiratoires.