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INTRODUCTION: PROLOGUE SUR LA MICROINFORMATIQUE ET PLAN

LIEN: http://www.si.ens-cachan.fr/ressource/r7/r7.htm

A - GÉNÉRALITÉS

I - DÉFINITION DES DONNÉES MÉDICALES

On distingue 5 types de données médicales:

1- Données cliniques
          - interrogatoire (histoire ancienne et actuelle de la maladie, antécédents, traitements entrepris)
          - inspection
          - examen physique
2 - Les données biologiques
          - dosages directs et indirects in vitro à partir de manipulations biochimiques
          - cultures microbiennes ou virales

3 - Les données radiologiques
        - observations d’une figure plane avec extrapolation ou reconstitution 3D

4 - Les données anatomopathologiques ou cyto-histologiques
         - issues de l’observation directe
         - microscopiques

5 - Les données électrophysiques
         - ElectroEncéphaloGraphie, ElectroCardioGraphie, ElectroMyoGraphie, etc...

6 - Les données d’épreuves fonctionnelles
         - déduites de manoeuvres particulières effectuées in vivo au niveau des différents appareils: E.F.Respiratoires, cardiaques,digestives,rénales...

II - MODE D’ACQUISITION

1- médiatisé par un opérateur
       L'opérateur exploite directement l’ information, la transmet ou l’introduit dans un système de traitement de données (données cliniques, anapathologiques et cyto-histologiques)

2- semi-automatique
         le système de traitement gère plus ou moins complètement l’acquisition (biologique, électrophysiologique, radiologique)

3- automatique
         requis pour les appareils implantés même si un contrôle est le plus souvent réalisé.

III — OBJECTIFS DE L’ACQUISITION AUTOMATIQUE DES DONNÉES

1 — objectifs économiques

- présenter dans les meilleurs délais les rapports d’analyse sous une forme élaborée,

- stocker les résultats de manière compacte, facilement accessible et transférable pour des traitements ultérieurs,

- faciliter l’organisation des taches.

- réduire le personnel qualifié

2 - objectifs techniques

- augmenter la fiabilité en introduisant des vérifications, des tests de validité, des étalonnages,

- quantifier de façon plus précise en utilisant des techniques issues d’autres domaines scientifiques (Transformation de Fourier, identification, rhéologie, ultrasons, infrarouges, Résonance Magnétique Nucléaire)

- réduire le nombre de données à acquérir après analyse discriminante: on conserve uniquement les paramètres pertinents

- améliorer le suivi de l’évolution des paramètres

. à court terme : monitoring

. à moyen terme : suivi de l'évolution paramètres biologiques

. à long terme: suivi de l'évolution des données cliniques et biologiques

— établir des corrélations entre les données:

. horizontales entre les différents paramètres

. verticales entre les différents types de données par analyse multidimensionnelle.

3 — Unification des langages:

La traduction d'un système de mesure dans un autre peut être réalisé de façon transparente à l'utilisateur.

B - ARCHITECTURE GÉNÉRALE D’UNE CHAÎNE D’ACQUISITION DE DONNÉES

I — DESCRIPTION

D’une manière générale on peut dire qu’une chaîne de mesure couplée à un calculateur est composée des éléments suivants:

- un ou des capteurs dont la fonction est de convertir en grandeur électrique la grandeur physique à transmettre au calculateur

- un dispositif électronique de sélection permettant de sélectionner une grandeur analogique parmi toutes les grandeurs délivrées par les capteurs. Ce dispositif de sélection est souvent un multiplexeur ou commutateur de voie.

- un ou des amplificateurs dont le rôle est d’amplifier le signal et de référencer à la masse de mesure le signal différentiel issu du capteur. La place des amplificateurs dans la chaîne n’est pas définie strictement, le multiplexeur peut soit recevoir directement les signaux émis par les capteurs (multiplexage direct) soit être placé en aval de chaque amplificateur implanté sur chaque voie de mesure.

- un convertisseur analogique numérique qui permet de numériser la grandeur analogique choisie.
Ce convertisseur est parfois précédé, si le temps de conversion est grand devant les variations du signal, d’un bloqueur échantillonneur qui mémorise sous forme analogique la tension commutée. Il présente donc une grandeur stable à l’entrée du convertisseur pendant le temps de conversion. En outre, il permet un échantillonnage à cadence fixe de la grandeur scrutée même en mode de transmission asynchrone avec le calculateur.

En bref, une chaîne de mesure constitue en soi un périphérique complet d’ordinateur, fonctionnant selon les directives dictées par les programmes implantés dans l’ordinateur.

II -LES MODULES ANALOGIQUES (amplificateur, multiplexeur, convertisseur)

La composition d’une chaîne de mesure comprend un certain nombre de modules qui seront interconnectés.
Les problèmes de raccordement des divers maillons de la chaîne ne sont pas négligeables, ils conditionnent la conception de l’architecture générale et sont souvent cause de dégradation des performances.

Il s’agit là d’un problème purement électrique lié à la technologie des câbles, des circuits imprimés et intégrés et à l’environnement de l’installation.

Les problèmes évoqués sont des problèmes techniques. Ils sont de la compétence du micro-informaticien et requièrent une bonne partie de son temps de travail. Leur énoncé permet un dialogue sinon une compréhension totale dans le groupe de conception.

1 - Caractéristiques d’un signal

On sait que les principales caractéristiques d’un signal sont

- son niveau
- son impédance
- la largeur de bande de son spectre
- sa tension de mode commun
- sa précision
- le rapport signal/bruit de fond

2 - Problèmes électroniques

Nous verrons pour chacune des caractéristiques du signal, les problèmes électroniques qui y sont liés.

a) le niveau du signal à recueillir
Il n’y a aucune mesure entre la difficulté d’acquisition d’un signal électrophysiologique tel celui d’une activité de cellule nerveuse et celle , facile, d’un capteur de pression artérielle ou de température corporelle. L’un devra être amplifié, filtré, mis en forme avant de pouvoir être multiplexé, l’autre pourra être connecté directement au multiplexeur.

b) les problèmes d’ impédance

        La désadaptation d’impédance est à l’origine d’une perte de niveau du signal ou de l’apparition de bruit supplémentaire. Les impédances de source et de charge doivent être adaptées 1’une à 1’autre pour assurer un rendement maximal.

c) la largeur de bande ou spectre du signal

        En principe, on considère comme limites de la bande passante les points où la puissance est la moitié de celle du milieu de la bande soit une atténuation de 3 dB.

        En Génie Biologique et Médical (GBM), les signaux sont en BF le plus souvent, parfois en TBF, imposant les liaisons en “continu” entre les différents étages. L’ introduction des circuits intégrés amplificateurs linéaires a considérablement simplifié la conception des circuits. Restent les problèmes de tension d’offset et de dérive dont il faut tenir compte en introduisant des réglages analogiques ou un étalonnage après digitalisation.

d) la réjection de tension de mode commun

       Le déséquilibre dans les 2 lignes d’arrivée de mesure et les tensions induites par les perturbations électromagnétiques (impédance z et tension e) dans éléments à mesurer viennent perturber le signal. Pour préserver la qualité du signal il est indispensable que l’amplificateur de mesure ait une impédance d’entrée différentielle et de mode commun très élevée. On teste la réjection de tension de mode commun en appliquant une tension alternative identique sur les 2 entrées. La sortie doit rester à 0 volt.

c) le rapport signal sur bruit

- Bruit lié au élément passifs et actifs
- Couplages inductifs avec les signaux alternatifs:

lorsque le câble transportant la mesure voisine un câble de transport de puissance alternative, ce dernier induit dans le câble de mesure une tension proportionnelle à la surface de la boucle formée par le câble transportant la mesure. On utilise donc comme ligne d’amenée de la mesure des conducteurs torsadés qui réalisent des boucles élémentaires dont les effets s'annulent.

         - Couplages capacitifs dus à la proximité des câbles

.    Il faut donc isoler électrostatiquement les câbles d’amenée de mesure torsadés par un écran qui est en général une gaine métallique tressée et isolée mise à la masse.

d) les problèmes de masse
        En règle générale, les fils de masse doivent être courts et épais afin d'avoir une résistance minimale et ne pas faire de boucles pour éviter les phénomènes d'induction électromagnétique.

3 - Facteurs de qualité

a) cadence de la chaîne

        C’est la vitesse d’acquisition, elle s’exprime en nombre de points acquis par seconde et en nombre de voies analysées par seconde. La cadence propre de la chaîne isolée est toujours très supérieure à la cadence de la chaîne couplée à un calculateur car le calculateur accomplit 2 tâches:
            - le rangement en mémoire de la donnée acquise ou sa transmission
            - l’envoi vers la chaîne de l’adresse de la nouvelle voie à scruter.
        La vitesse d’acquisition est en réalité la reflet de ce couplage entre l’ensemble multiplexeur convertisseur et le calculateur.

b) pleine échelle dynamique des signaux d’entrée

        La pleine échelle est la valeur maxi que peut prendre le signal d’entrée.

        La précision se mesure en fraction de la pleine échelle, c’est un nombre sans dimension indépendant de la valeur de la mesure. Elle fixe l’erreur absolue entre la grandeur à mesurer et le résultat de la mesure.

        La dynamique d’un sous-ensemble est la variation maximale du signal d’entrée qui n’altère pas les performances du sous-ensemble considéré.

c) la sensibilité
       La sensibilité est mesurée par la variation minimale du signal d’entrée que l’on peut discerner, toutes causes de variations externes restant constantes.

Toute chaîne bien conçue doit pouvoir fournir une sensibilité de l’ordre du petit incrément du convertisseur (petit poids)

d) la fiabilité
est la capacité d’une chaîne de mesure à remplir longtemps sa mission sans panne. On définit un temps moyen entre pannes (MTBF) Mean Time Between Failures.
C'est une valeur statistique et c'est une moyenne, sur une longue période de temps et sur un large échantillon de matériel. Il est défini comme le temps à l'expiration duquel la probabilité pour que la chaîne fonctionne encore correctement est de 0,368.

4- Sources d’ erreur dans la chaîne de mesure

a) statiques

- le décalage de 0 ou offset

pour une grandeur e = 0, la grandeur en sortie prend une valeur Ds appelée décalage de 0 en sortie. La précision exprimée en fraction de la pleine échelle s’écrit:

Ds/SM= De/eM

décalage de 0 en sortie/ Signal Maxi = variation du Signal/signal Maxi

- décalage de gain

      pour une valeur d’entrée fixée e, l’erreur sur le gain amène une erreur S définie par

      DeltaS = DeltaG . e
soit
      DeltaS/S = DeltaG/G
                                où G est le gain (constant)du module

      C’est l’unique cas ou l’erreur ne s’exprime pas en fraction de la pleine échelle. Au moment du réglage d’une chaîne, ces 2 erreurs sont facilement compensées, mais les étalonnages effectués varieront dans le temps et en fonction de la température et il faut pouvoir les chiffrer avec exactitude.

- la non-linéarité

Elle est mesurée par l’amplitude maximum de l’écart ramenée à la pleine échelle. Pour un convertisseur 10 bits + signe supposé parfait, l’erreur de non linéarité sera de l’ordre de + 0,5 incrément/1024 incrément soit 5.10-4 de la pleine échelle.

- la dérive en température
exprimée en ppm (partie par millions)

- la dérive à long terme suite au vieillissement, mesurée en valeur absolue ou en ppm / J, mois ou année.

Les dérives déterminent la fréquence des opérations de maintenance préventive consistant en des réglages qui permettront à la chaîne de conserver sa précision.

b) dynamiques

= toute erreur qui se manifeste par une variation du signal utile pendant le temps de la mesure.

- réinjection des signaux de commande dans les circuits de mesure
surtout dans les convertisseurs multiplexeurs = pics de commutation

- stabilisation des amplificateurs et multiplexeurs
Le signal à l’entrée des modules doit être stable lorsque la logique de la chaîne donne l’ordre de conversion ou d’ acquisition.

- bruit
c'est une fluctuation aléatoire du signal autour d’une valeur donnée, liée à l’agitation thermique dans les circuits et à l'environnement, de là la nécessité de s'équiper de préamplificateurs de haute qualité et de limiter au maximum les interférences perturbatrices de l'environnement.

c) les erreurs de réjection

     On entend par réjection la faculté que possède un module d’éliminer tout signal électrique venant perturber la mesure.
        Si V est la valeur du signal perturbateur et e le signal à mesurer, 1’ influence de V sur e se traduit par une erreur De sur e, la valeur V/De est appelée rapport de réjection R. Plus ce rapport est grand, plus l’erreur est faible.

- la réjection de mode commun

     De=V/Rrmc ou Ds=V.G/Rrmc en sortie

     Rrmc est exprimé sous la forme d’un nombre pur ou en décibel = 20 log Rrmc

- la réjection de la tension d’alimentation (PPRR) en microVolt par V

- la diaphonie entre voies de mesures
      mesure l' influence des tensions des différentes voies d’entrée sur la voie considérée.

5 - Exemple de traitement analogique

La décharge du nerf phrénique se présente sous la forme d’un signal alternatif, dont l’amplitude augmente au moment de l’inspiration. Des artefacts peuvent se greffer au signal dans les cycles expiratoires, d’où le problème complexe d’obtenir un signal binaire (0,1) représentatif du temps d’ inspiration.

III — LES MODULES INFORMATIQUES (C.A.D. et micro-informatique)

1 - Généralités

Avec l’arrivée de capteurs intelligents, d’amplificateurs performants, de multiplexeurs à hautes performances, les problèmes liés à l’analogique tendent à disparaître si les choix ont été bien faits au départ. Reste le problème spécifiquement lié à l’application envisagée. L’arrivée récente de la micro-informatique a permis l’éclosion de nombreux projets auparavant réservés à de grandes équipes dotées d’un matériel informatique coûteux. Actuellement donc l’élaboration d’une chaîne d’acquisition de données tend de plus en plus à se résoudre en un problème de projet micro-informatique.

2 - Conception du projet

a - définition du projet

L’utilisateur final de l’application est le plus souvent non informaticien. Or plus un système apparaît facile à manier, plus, en général, sa conception interne est complexe (automatisation, gestion des fautes d’emploi...). De plus, le système va s’insérer dans un environnement dont il va modifier la structure avec les problèmes que cela implique (modifications des habitudes, dévalorisation, pertes de référents...), d’où l’importance de la demande et de la concertation à ce niveau. C’est en tenant compte de ces facteurs qu’on définira l’aspect fonctionnel du projet, nature de l'acquisition, nature des traitements à effectuer, contraintes, sorties de données.

b - évaluation du coût

C’est à ce stade qu’interviennent l’estimation du coût du projet et le choix du matériel. Ils comportent encore à ce stade des incertitudes car la capacité mémoire ou le choix des périphériques ne sont pas encore bien définis. En fonction d’expériences similaires ou a l’aide de standards, on estimera la quantité globale de logiciel à écrire que l’on traduira en temps-homme (TH).

TH = I / N

N = nombre d’ instructions par heure
I = nombre d’ instructions

En sachant que les ratios moyens pour les 3 grandes parties du développement d’une application sont de l’ordre de:
    35 % pour le cahier des charges,
    15 % pour la programmation,
    50 % pour les tests et 1’ intégration,
on pourra évaluer le coût global et structurer l’équipe qui va élaborer le projet

c - structuration de l’équipe
     différentes solutions sont possibles:
        - utilisateur final et équipe structurée
        - ou utilisateur micro-informaticien
        - ou compétences complémentaires dans l’équipe avec ou non interventions ponctuelles de spécialistes.

3 - Élaboration du cahier des charges

Le produit fini y est décrit sous son aspect fonctionnel définissant de manière non informatique sa fonction, son mode d’utilisation, ses performances, ses limites, l’interfaçage avec le monde externe. Ces différentes spécifications sont réunies dans un document appelé cahier des charges.
C’est à partir de celui-ci que va être réalisée l’analyse fonctionnelle.

Exemple de cahier des charges:

       Équipe rythmicité respiratoire (ATP CNRS)
                - compétences complémentaires, pour la réalisation matérielle et logicielle:1 spécialiste en mathématiques appliquées (A.Eberhard), 1 spécialiste en micro-systèmes (J.P Bachy), 1 technicienne en électronique (M. Delaire).

OBJECTIF :
          tentative de recherche expérimentale chez le lapin de propriétés connues de certains générateurs de rythme, en particulier la possibilité d’être entraînés par des stimuli extérieurs répétitifs. A partir de là modélisation des centres respiratoires par l'analyse mathématique des réponses du système entraîné.

RAPPELS SUR LA VENTILATION:

         la ventilation est due à des contractions rythmiques du diaphragme induites par l’activité des nerfs phréniques, originaires des racines rachidiennes cervicales et dépendants de centres respiratoires au niveau du bulbe rachidien.
         Il existe un système de régulation parmi d’autres, constitué de récepteurs pulmonaires sensibles à l’étirement qui renseignent les centres sur le volume gazeux des poumons. Les influx sont véhiculés par le pneumogastrique, (la section de ceux-ci modifie le rythme respiratoire mais l’activité rythmique persiste).
En règle générale la réaction de ces récepteurs pulmonaires appelée réflexe de Hering et Breuer (HB) provoque une inhibition de l’inspiration lorsque l’inflation pulmonaire atteint un certain volume et l’arrêt de l’expiration lorsque la déflation pulmonaire descend en dessous d’un certain seuil.

        On va utiliser ce réflexe de HB, pour étudier l’oscillateur central selon une méthode classique de l’étude des oscillateurs: 1’entraînement.

        Cette étude comprend
              a) la mesure de la gamme de fréquence d’entraînabilité
              b) l’étude des réponses de l’oscillateur lorsqu’il est amené à fonctionner à une fréquence éloignée de sa fréquence propre.

EXPÉRIENCE

- lapin anesthésié avec section des nerfs phréniques

- ventilation artificielle par une pompe de ventilation (les durées d’ inflation, de déflation, le débit d’ insufflation sont réglables)

Schéma de l'appareil de ventilation artificielle du lapin.

En cas de perte de contrôle par le micro-ordinateur, le relais est pris par un boîtier électronique de commande
qui sert par ailleurs pour la mise en route de l'expérience. Les valeurs d'inflation et de déflation sont réglables
manuellement.

- enregistrement de l’activité phrénique à partir d'électrodes recueillant les potentiels d'action transitant par le nerf

L'activité du nerf phrénique, prélevée par des électrodes bipolaires en argent, est amplifiée au moyen d'un préamplificateur Neurolog. Ce signal est ensuite traité par un système électronique pour pouvoir mesurer les durées inspiratoires (TI) et expiratoires(TE).

Le traitement consiste à redresser le signal phrénique amplifié, puis à le démoduler, c'est à dire en obtenir l'enveloppe. Ensuite une différenciation permet de repérer le début et la fin de l'activité phrénique par la détection des pentes initiale et finale de l'enveloppe. La verticalité de ces pentes permet d'obtenir un bon repérage du début et de la fin de l'activité phrénique. Les constantes de temps des étapes de démodulation et de différenciation agissent sur les pentes de l'enveloppe. Ces constantes de temps sont réglées en comparant le signal phrénique et le signal différencié qui sont visualisés simultanément sur un oscilloscope. Ensuite, le signal différencié déclenche 2 signaux , de début et de fin d'activité phrénique. Les signaux sont convertis en logique 12 volts et transformés en impulsions d'une durée de 100 MS, avec une protection réglable contre les redéclenchements intempestifs. Les impulsions déclenchent une bascule "R-S" qui donne un signal électrique rectangulaire dont la durée des créneaux est égale à la durée de l'inspiration (TI), la durée entre les créneaux correspondant à la durée de l'expiration (TE). Ceci constitue le signal " carré phrénique".
Parallèlement à ce traitement, le signal phrénique amplifié est traité pour obtenir l'intégrale de l'activité phrénique dont l'amplitude maximale (A) est mesurée et exprimée en unités arbitraires.

- recherche d’un entraînement avec la pompe de ventilation
- entraînements programmés, mesure, acquisition
- traitement statistique des résultats

MATÉRIEL

a) chaîne de mesure de l’activité phrénique
- carré phrénique
- intégrale phrénique

b) bloc de commande pompe
- générateur de signaux rectangulaires avec TINFL (durée d'inflation) et TDEFL (durée de déflation) compris entre 0,5 et 5 secondes.
- redéclenchement manuel ou par programme sur le début d’une inflation
- esclave du système informatique sauf défaillance de celui-ci.

c) micro-ordinateur
- MacII
- carte interface (Macadios) pour acquisition A/D de l’intégrale phrénique et E/S numériques
- carte horloge générant des interruptions masquables (IRQ) et donnant l’heure absolue

PROGRAMMATION A 2 NIVEAUX

— Assembleur

il est constitué essentiellement d’un programme d’ interruption activé par la carte horloge toutes les 10 millisecondes et comprend 4 parties:

a) la lecture des registres d’état contenant les instructions fournies par le programme principal
b) la lecture des états pompe et des états lapin
c) le stockage de l’heure absolue ou relative correspondant aux débuts et fins des événements pompe et lapin.
d) l’incrémentation des compteurs, les tests de fin et la commande de la pompe.

— Pascal

- gère le dialogue avec l’utilisateur et transmet les instructions au programme assembleur
- gère le stockage sur disque des résultats des différentes manipulations.

4 - Analyse Fonctionnelle

C’est la première phase proprement informatique, elle consiste en une traduction en termes techniques du cahier des charges.

a) E/S (entrées/sorties):

- la carte interface A/D (analogique/digitale) possède:
    1 adresse de déclenchement de la conversion
    1 adresse de lecture du résultat sur 16 bits.

- sur les E/S numériques de la carte Macadios on dispose de:
    1 octet pour "l'état lapin" (carré phrénique)
    1 octet pour "l'état pompe" (manuelle ou programmée)
    1 octet de commande de "priorité Mac" et enfin
    1 octet de commande "pompe programmée"

- la carte horloge carte génère des interruptions masquables sur le bus qui permettent de disposer de l’heure absolue sur plusieurs octets

b) Programmation:

L'originalité de la programmation temps réel réalisée est qu'elle est à 2 niveaux. Cela nécessite une synchronisation de ces deux niveaux qui est réalisée par un “tableau d’avancement des travaux” commun aux deux niveaux, appelé "mot d’état programme". Il est sur 8 bits et il est testé en permanence par le programme assembleur et si nécessaire par le programme Pascal.

c) Structure du programme:

c1 - les mots-clés du programme:

le mot d'état-programme

Bit 7

scroll: le scroll est un sous-programme assembleur qui permet la descente de tout le contenu de l’écran vers le bas lorsque celui-ci est rempli. Il prend 0,3 à 0,4 seconde. Durant ce temps le programme ne peut pas dessiner à l’écran. Quand ce Bit 7 est à 1, le programme mémorise les données graphiques et les dessine ensuite.

Bit 6

quand le Mac pilote le processus, il ne peut pas stocker sur disque, le stockage se fait alors en mémoire centrale. Or chaque événement pompe ou lapin est mémorisé et la mémoire peut être saturée. Si la capacité mémoire est dépassée le Bit 6 est mis à 1 et prévient le programme Pascal.

Bit 5

inutilisé

Bit 4 et 3

le Pascal a initialisé
- 1 octet avec la valeur INFL (inflation)
- 1 octet avec la valeur DEFLAT
- 1 octet avec le nombre de cycles demandés
- 1 octet avec le nombre d’étapes demandées

Par exemple:

L'expérimentateur commande 10 cycles avec une durée d'inflation de 2 secondes + déflation de 3 secondes, 5 étapes de 10 cycles avec incrémentation de + 5 pour l’inflation, + 7 pour la déflation.

       Les compteurs de durée d’ inflation et de déflation sont incrémentés toutes les 10 millisecondes et sont comparés aux valeurs d’ inflation et de déflation transmises par le Pascal.
       En fin du cycle on va voir si le nombre de cycles demandés est atteint, si oui le Bit 4 est mis à 1 et le Pascal fournit les nouvelles valeurs d’ inflation et de déflation pour les cycles suivants dans les octets INFL et DEFLAT.
       En fin de protocole, toujours à la fin d’un cycle en cours, le Pascal fournit les données du protocole suivant.

Le deuxième élément fondamental de l’analyse fonctionnelle est fournie par 2 mots d’état.
La simultanéité possible d’un changement d’état pompe et d’un changement d’état lapin (dans la 1/100e de seconde considérée) oblige le dédoublement en:

ETAMANAV et ETAMANAP.

(état de la manip avant l'interruption et état de la manip après l'interruption)

L’essentiel du programme tourne sous interruption, activé toutes les 10 millisecondes par la carte horloge, il conserve la trace de son état antérieur dans un mot d’état appelé ETAMANAV.

les mots de 8 bits ETAMANAV et ETAMANAP

Bit	Fonction	État du bit
7	État Lapin	0 = Expiration, 1 = Inspiration
6	État Pompe	0 = Déflation, 1 = Inflation
5	Commande Pompe	0 = Manuelle, 1 = Programmée
4	Affichage	0 = inactif, 1 = Actif
3	Stockage Données	0 = Non, 1 = Programmée
2	Gel Manip	0 = Non demandé, 1 = Demandé
1	Stimulation 1	0 = Non demandée, 1 = Demandée
0	Stimulation 2	0 = Non demandée, 1 = Demandée

ETAMANAV donne l’état de la manipulation au moment où on entre dans la boucle, tel qu’observé à la fin de la boucle précédente. On observe alors l’état lapin, l’état pompe, le programme et on fabrique ETAMANAP.

Toujours dans la boucle, on compare ces états lapin et états-pompe à ceux stockés dans ETAMANAV et on déclenche alors, si nécessaire des actions (par exemple stockage d'un événement-pompe si on a observé une bascule de l'état-lapin ou de l'état-pompe).

Les nouveaux états et les conséquences des actions forgent alors l'ETAMANAP définitif.

A la fin de la boucle on force ETAMANAV à la valeur de ETAMANAP.

c2 - l'affichage des données

Cet affichage est particulièrement important pour le physiologiste. Il permet le contrôle en temps réel de la "manip". Il se déroule en mode "scrolling": les dernières données sont affichées dans le bas de l'écran juste au dessus du tracé de l'état de la pompe. Les premières données affichées disparaissent en haut de l'écran. Les données apparaissent sous la forme d'une "pile d'assiettes". Chaque assiette représente une inspiration du lapin. Il n'y a pas de tracé durant l'expiration. Le tracé revient au temps 0 à la fin de 2 "cycles-pompe" avec un léger décalage en ordonnée de façon à ce que les tracés successifs se superposent.

En A: représentation d’un entraînement 1-1 pour une période de pompe donnée.
a: Cycles de la pompe de ventilation artificielle ; i désigne l’inflation et de la déflation.

b: Cycles respiratoires du lapin ; Tn, TIn et TEn désignent respectivement la période respiratoire, la durée d’inspiration, la durée d’expiration du lapin correspondant au n ème cycle de la pompe.

c: Intégrale de l’activité phrénique.
En B: on montre comment sont représentés les cycles respiratoires du lapin (n-1), n, (n+1)
pour trois cycles de pompe consécutifs, lors d’un entraînement 1-1.

les piles d'assiettes

Exemple d'expérience:

Pour chaque lapin, on choisit une fréquence de la pompe de ventilation artificielle égale à la fréquence respiratoire naturelle observée. Puis l'animal est curarisé et placé sous ventilation artificielle. Lorsque l'animal est ventilé artificiellement, le débit d'air insuflé par la pompe est ajusté de façon à maintenir constant le niveau de CO2 expiré.

On cherche d'abord la gamme de fréquences pour laquelle on observe un entraînement 1-1 à taux de CO2 normal. L'entraînement 1-1 est défini par une durée du cycle inspiratoire du lapin égale à celle du cycle de la pompe de ventilation artificielle.

Ensuite on étudie les variations de l'entraînement à différents niveaux de concentration en CO2 et on détermine les limites de la gamme de fréquences d'entraînement 1-1.

L'étude de la gamme d'entraînement 1-1 a montré que la largeur de cette gamme dépendait du niveau de CO2, suggérant que le degré de liberté du système respiratoire central diminuait lorsque le niveau de CO2 augmentait.

D'autres types d'entraînements peuvent être obtenus aux limites de la gamme d'entraînement: les deux périodes extrêmes correspondent à un entraînement fractionnaire (3 cycles de ventilation artificielle pour 4 cycles respiratoires du lapin)

C - CONCLUSION

Nous quittons cet exposé sur l'acquisition des données dans le domaine biomédical au moment où commence le traitement informatique général qui ne diffère plus, quant à ses méthodes et ses objectifs, de l'informatique traditionnelle. La particularité du champ de l'acquisition des données est de se faire au plus près de l'équipe à qui est destinée le projet micro-informatique. C'est cette proximité qui fait toute la richesse de ce travail. Il devient une véritable participation au projet de recherche de l'équipe avec son partage de déceptions, d'espoirs et d'enthousiasmes . De projet en projet, ce travail à créé une fonction incontournable au sein des équipes de recherche biomédicale. Elle a trouvé son aboutissement dans la création d'un corps de Génie Biologique et Médical ouvert dans le cadre de thèses spécifiques à tout un éventail d'étudiants de formations différentes et complémentaires.

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