Thèse d'exercice : Médecine. Gynécologie - obstétrique : Université de Nantes : 2005. / Bibliogr. f. 65-77 [93 réf.].

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’objectif de ce travail est d’obtenir, grâce à un mélange de différentes informations, un monitorage de l’activité du fœtus pour apprécier son état de bien-être ou de souffrance.Actuellement, les paramètres qui caractérisent la souffrance fœtale, issus du rythme cardiaque et des mouvements fœtaux, sont évalués par le médecin et ils sont réunis dans le score de Manning. Deux inconvénients majeurs existent: a) l’évaluation du score est trop longue puisqu’elle dure 1 heure b) il existe des variations inter et intra-opérateur conduisant à différentes interprétations du bilan médical de la patiente.Pour s’affranchir de ces désavantages nous évaluons le bien-être fœtal d’une façon objective, à travers le calcul d’un score. Pour atteindre ce but, nous avons développé une technologie ultrasonore mufti-capteurs permettant de recueillir une soixantaine de signaux Doppler en provenance du cœur, des membres inférieurs et supérieurs. / The objective of this work is to assess the fetal parameters and the fetal well-being using a mixture of fetal parameters. In our days, the parameters derived from heart rate and fetal movements that characterize the fetal distress are assessed by the physician and unified in the score of Manning. Two major disadvantages of Manning’s score exist: a) the assessment of the score is time consuming; b) there are variations inter and intra operators leading to different interpretations of the patients medical record. To overcome these disadvantages we assess the fetal well-being objectively, by computing an automatic/electronic score. To achieve this goal, we developed an ultrasonic multi-sensor unit with 12 sensors allowing to collect sixty Doppler signals from the heart, lower and upper limbs.

La surveillance du bien-être fœtal pendant le travail repose essentiellement sur l’enregistrement du rythme cardiaque fœtal (RCF). Celui-ci, même continu pendant le travail, ne permet pas d’évaluer parfaitement l’oxygénation du fœtus ni le risque d’asphyxie néonatale. En effet, cet outil est imparfait et son évaluation subjective avec une importante variabilité d’interprétation inter et intra opérateur. Des examens dits de seconde ligne sont utilisés en pratique courante pour caractériser l’état fœtal : le prélèvement de sang fœtal au scalp pour l’étude de l’équilibre acido-basique du fœtus (pH ou lactates) ou la pose d’électrode au scalp pour étudier l’ECG fœtal (analyse du segment ST). Ces techniques sont néanmoins invasives et sont soumises à des contraintes techniques. Il y a donc un intérêt à développer des moyens d’évaluation du bien être fœtal à la fois objectifs et non invasifs afin de diminuer la survenue d’une asphyxie périnatale. En effet, celle-ci touche 3 à 8 nouveaux nés pour 1000 naissances. La mortalité en période post-natale est de 25 à 50% des cas et ceux qui survivent développeront des troubles sévères (épilepsie, retard neuro-cognitif et comportemental, paralysie cérébrale…). Au cours de l’accouchement, l’asphyxie périnatale se caractérise par une diminution du pH artériel ombilical. Cette mesure du pH sanguin est donc la mesure de référence pour déterminer la sévérité de l’asphyxie.Une des voies étudiées pour améliorer le dépistage des fœtus à risque d’acidose est l’analyse des modifications du système nerveux autonome (SNA) par analyse de la variabilité du rythme cardiaque fœtal. En effet, la fréquence cardiaque fœtale est en permanence sous l’influence du système nerveux autonome et sa variabilité (VFC) est un reflet de la balance sympathique / parasympathique. Le CHU de Lille a développé une nouvelle méthode d’analyse continue de la VFC ayant montré son efficacité chez l’adulte et chez le nouveau né pour l’évaluation du SNA. L’objectif de ce travail de Thèse est d’adapter cette technologie à l’analyse du SNA fœtal pour obtenir un nouvel indice appelé Fetal Stress Index (FSI) et d’évaluer sa pertinence en situation d’acidose.Cette preuve de concept a été effectuée de manière expérimentale chez le fœtus de brebis. Elle s’est réalisée en 2 temps. Nous avons tout d’abord évalué la performance du FSI par rapport aux méthodes classiques d’analyse de la VFC en termes d’aptitude à détecter les variations du SNA. Après injection d’Atropine, parasympatholytique, ou de Propranolol, sympatholytique, nous avons montré que le FSI était une méthode efficace et spécifique d’évaluation des variations du tonus parasympathique du SNA. Cette étude a également montrée la supériorité du FSI par rapport aux méthodes classiques d’analyse de la VFC en termes de sensibilité et de spécificité. Dans un second temps, nous avons évalué ce nouvel indice comme facteur prédictif de l’état acido basique du fœtus dans 2 modèles expérimentaux d’occlusion cordonale. Dans le premier modèle, l’acidose était obtenue par une occlusion continue du cordon avec une réduction de partielle du débit ombilical. Dans le second, nous réalisions des occlusions totales répétées à intervalles réguliers afin de mimer les contractions utérines lors du travail. Dans les 2 études, nous avons observé une hausse du FSI en cas d’acidose avec une corrélation significative entre le FSI et le pH, mais aussi entre le FSI et les lactates dans le second modèle.En conclusion, le FSI constitue un bon reflet de l’activité parasympathique fœtale. Cet indice permet d’étudier les variations du SNA fœtal avec une meilleure sensibilité et une meilleure spécificité que les méthodes usuelles d’analyse de la VFC et semble bien corrélé à l’état acido basique fœtal. Il s’agit donc d’un indice prometteur qu’il sera intéressant d’incorporer dans une analyse multi paramétrique du rythme cardiaque fœtal. / The monitoring of fetal well being during labor is essentially based on fetal heart rate (FHR) analysis. The recording of FHR, even continuously during labor, does not fully assess fetal oxygenation or neonatal risk of asphyxia. Indeed, this tool is imperfect and subjective with an important inter and intra-operator variability. Second-line examinations to characterize the fetal state are currently used in routine practice, i.e. scalp fetal blood sampling to study the fetal acid-base balance (pH or lactates) or scalp electrode placement to study the fetal ECG (ST segment analysis). These techniques are nevertheless invasive and subject to technical constraints. There is therefore an interest in developing both objective and non-invasive means of evaluating fetal wellbeing to reduce neonatal encephalopathy. Indeed, its prevalence is about 3 to 8 per 1000 births. Post natal mortality is about 25 to 50% and survivors will hav severe diseases (epilepsy, neurologic impairment, cerebral palsy…).One of the possibilities studied to better identify fetuses at risk for acidosis is the analysis of changes in the autonomic nervous system (ANS) in response to hypoxia.Indeed, the regulation of heart rate is dependent on the ANS and thus, its variability is a reflection of the sympathetic / parasympathetic balance. Analysis of heart rate variability (HRV) is a recognized non-invasive tool that is used to assess ANS regulation. The CHU Lille has developed a new continuous tool for the analysis of HRV, which demonstrated its efficacity in adults and neonates to evaluate the ANS. The objective of this thesis was to develop its index, called Fetal Stress Index (FSI), in the fetus and to evaluate it in conditions of acidosis.The study was experimental in a sheep model chronically instrumented and was in 2 steps. First, we evaluate the performance of our method compared to commonly used HRV analysis, regarding the ability to detect the variation of variations of the ANS. After injection of atropine, to inhibit parasympathetic tone, or propranolol to block sympathetic activity, we shown that our method appeared to be effective in detecting parasympathetic inhibition and, moreover, was superior to classical analysis of HRV in terms of sensibility and specificity.In a second time, we evaluated this new index as a predictive factor of the fetal acid-base state in 2 experimental models of fetal hypoxia by occlusion of the cord. In the first one, acidosis was obtained through a partial occlusion of the umbilical cord and in the second one, though repetitive complete occlusion as uterine contractions during labor. In those two studies, we observed a raise of our index in case of acidosis with a correlation beetween FSI and pH and also FSI and lactates in the second model.In conclusion, the FSI reflects fetal parasympathetic activity, has a better detection than others usual methods, and seems well correlated to fetal acid-base status. It is a promising index and it will be interesting to incorporate it in a multi parametric analysis of fetal heart rate to predict acidosis.

L’analyse visuelle du rythme cardiaque fœtal (RCF) est une excellente méthode de dépistage de l’hypoxie fœtale. Cette analyse visuelle est d’autre part sujette à une variabilité inter- et intra-individuelle importante. L’hypoxie fœtale au cours du travail s’exprime par des anomalies du RCF. La sous-évaluation de la gravité d’un RCF entraine une prise de risque indue pour le fœtus avec une augmentation de sa morbi-mortalité et sa surévaluation entraine un interventionnisme obstétrical inutile avec une augmentation du taux de césariennes. Ce dernier point pose par ailleurs en France un problème de santé publique.L’analyse automatisée du signal RCF permet de diminuer la variabilité inter- et intra-individuelle et d’accéder à d’autres paramètres calculés visant à augmenter la valeur diagnostique. Les critères d’analyse morphologiques du RCF (ligne de base, nombre d’accélérations, nombre et typage des ralentissements, variabilité à long terme (VLT)) ont été décrits ainsi que d’autres tels que les surfaces des ralentissements, les indices de variabilité à court terme (VCT) et les analyses fréquentielles. Il n’en demeure pas moins que la définition de la ligne de base, à partir de laquelle sont repérés les accélérations et les ralentissements reste, dans certains cas, difficile à établir.L’objectif principal de la thèse est d’établir un modèle prédictif de l’acidose fœtale à partir d’une analyse automatisée du RCF. L’objectif secondaire est de déterminer la pertinence des différents paramètres élémentaires classiques (CNGOF 2007) (fréquence de base, variabilité, accélérations, ralentissements) et celle d’autres paramètres inaccessible à l’œil (indices de variabilité à court terme, surfaces des ralentissements, analyse fréquentielle…). Par la suite, nous voulons identifier des critères de décision qui aideront à la prise en charge obstétricale.Nous proposons d’aborder l’analyse automatisée du RCF pendant le travail par l’intermédiaire d’une étude cas-témoins ; les cas étant des tracés RCF de nouveau-nés en acidose néonatale (pH artériel au cordon inférieur ou égal à 7,15) et les témoins, des tracés RCF de nouveau-nés sans acidose (pH artériel au cordon supérieur ou égal à 7,25). Il s’agit d’une étude monocentrique à la maternité de l’hôpital Saint Vincent de Paul, GHICL – Lille, sur notre base de données « Bien Naitre » (archivage numérique des tracés RCF depuis 2011), comptant un un nombre suffisant de cas sur ce seul centre. La maternité Saint Vincent de Paul (GHICL) présente depuis 2011 environ 70 cas par an d’acidose néonatale (pHa ≤ 7,10) (3,41%). Le logiciel R sera utilisé pour l’analyse statistique / Visual analysis of the fetal heart rate FHR is a good method for screening for fetal hypoxia but is not sufficiently specific. The visual morphological analysis of the FHR during labor is subject to inter- and intra-observer variability – particularly when the FHR is abnormal. Underestimating the severity of an FHR leads to undue risk-taking for the fetus with an increase in morbidity and mortality and overvaluation leads to unnecessary obstetric intervention with an increased rate of caesarean section. This last point also induces a French public health problem.FHR automated analysis reduces inter and intra-individual variability and accesses other calculated parameters aimed at increasing the diagnostic value. The FHR morphological analysis parameters (baseline, number of accelerations, number and typing of decelerations, long-term variability (LTV)) were described as well as others such as the decelerations surfaces, short-term variability (STV) and frequency analyzes. Nevertheless, when attempting to analyze the FHR automatically, the main problem is computation of the baseline against which all the other parameters are determined.Automatic analysis provides information on parameters that cannot be derived in a visual analysis and that are likely to improve screening for fetal acidosis during labor.The main objective of the thesis is to establish a predictive model of fetal acidosis from a FHR automated analysis. The secondary objective is to determine the relevance of the classical basic parameters (CNGOF 2007) (baseline, variability, accelerations, decelerations) and that of other parameters inaccessible to the eye (indices of short-term variability, surfaces of decelerations, frequency analysis ...). Later, we want to identify decision criteria that will help in the obstetric care management.We propose to validate FHR automated analysis during labor through a case-control study; cases were FHR recordings of neonatal acidosis (arterial cord pH less than or equal to 7.15) and controls, FHR recordings of neonatal without acidosis (arterial cord pH upper than or equal to 7.25). This is a monocentric study at the maternity hospital of Saint Vincent de Paul Hospital, GHICL - Lille, on our « Well Born » database (digital archiving of RCF plots since 2011), with a sufficient number of cases on this only center. Since 2011, the Saint Vincent de Paul hospital (GHICL) has had about 70 cases per year of neonatal acidosis (pHa less than or equal to 7.10) (3.41%). The R software will be used for statistical analysis.

Ce travail a pour but essentiel de mettre au point des outils permettant une meilleure analyse des signaux Doppler provenant de l'activité fœtale. Il s'inscrit dans le cadre d'un projet RNTS (Réseau National des Technologies pour la Santé) intitulé Actifoetus. Il consiste à traiter les signaux fournis par 12 capteurs ultrasonores placés sur le ventre maternel et reliés à un appareillage Doppler à émission pulsée multivoies, développé par la société Ultrasons Technologies, Tours. Chaque capteur détecte les signaux Doppler produits par les structures fœtales en mouvement à 5 profondeurs successives dans l'utérus maternel. <br />L'objectif principal du projet est d'extraire des paramètres reflétant l'activité fœtale (rythmes cardiaque et pseudo respiratoire, mouvements des membres et du tronc, réponse à des stimuli, ...) pour la surveillance et le suivi des grossesses. Une seconde étape était de définir, à partir de ces données, l'état de bien-être ou de souffrance du fœtus en vue d'un monitorage ambulatoire de certaines grossesses à risque. Cette application en télé médecine nécessitera la mise au point d'un système portable de type Holter. <br />Le travail réalisé a comporté dans un premier temps une participation à la mise au point définitive de l'appareillage et de la méthode de recueil de données. La plus grande partie du travail a ensuite été consacrée à la mise au point et à la validation du traitement des signaux enregistrés sur des grossesses de 20 à 30 semaines. Ces enregistrements ont permis de montrer la qualité des signaux Doppler d'activité fœtale fournis par le système Actifoetus, et de valider l'utilisation de la Transformée de Fourier Rapide (FFT) et de la Fonction d'Autocorrélation (ACF) pour détecter l'activité cardiaque et les mouvements du fœtus. Nous avons pu également montrer que l'Analyse en Composantes Indépendantes (ACI) permet de séparer avec succès un mélange de plusieurs signaux Doppler. <br />La principale originalité du travail réside dans l'extraction d'informations statistiquement pertinentes concernant les mouvements et les rythmes du fœtus à partir de plusieurs capteurs ultrasonores. La mise en correspondance de ces données avec les signaux d'activité de la mère (Accéléromètre), ou de stimuli neurosensoriels, devrait permettre des applications cliniques importantes.<br />Le projet est conçu pour déboucher sur un appareil miniaturisé commercialisable à partir du démonstrateur réalisé. Les aspects de protection industrielle seront examinés aussi bien en ce qui concerne l'appareil holter lui-même, qu'au niveau des algorithmes de traitement et de fusion des données.

L'analyse de séries temporelles biomédicales chaotiques tirées de systèmes dynamiques non-linéaires est toujours un challenge difficile à relever puisque dans certains cas bien spécifiques les techniques existantes basées sur les multi-fractales, les entropies et les graphes de récurrence échouent. Pour contourner les limitations des invariants précédents, de nouveaux descripteurs peuvent être proposés. Dans ce travail de recherche nos contributions ont porté à la fois sur l’amélioration d’indicateurs multifractaux (basés sur une fonction de structure) et entropiques (approchées) mais aussi sur des indicateurs de récurrences (non biaisés). Ces différents indicateurs ont été développés avec pour objectif majeur d’améliorer la discrimination entre des signaux de complexité différente ou d’améliorer la détection de transitions ou de changements de régime du système étudié. Ces changements agissant directement sur l’irrégularité du signal, des mouvements browniens fractionnaires et des signaux tirés du système du Lorenz ont été testés. Ces nouveaux descripteurs ont aussi été validés pour discriminer des fœtus en souffrance de fœtus sains durant le troisième trimestre de grossesse. Des mesures statistiques telles que l’erreur relative, l’écart type, la spécificité, la sensibilité ou la précision ont été utilisées pour évaluer les performances de la détection ou de la classification. Le fort potentiel de ces nouveaux invariants nous laisse penser qu’ils pourraient constituer une forte valeur ajoutée dans l’aide au diagnostic s’ils étaient implémentés dans des logiciels de post-traitement ou dans des dispositifs biomédicaux. Enfin, bien que ces différentes méthodes aient été validées exclusivement sur des signaux fœtaux, une future étude incluant des signaux tirés d’autres systèmes dynamiques nonlinéaires sera réalisée pour confirmer leurs bonnes performances. / The analysis of biomedical time series derived from nonlinear dynamic systems is challenging due to the chaotic nature of these time series. Only few classical parameters can be detected by clinicians to opt the state of patients and fetuses. Though there exist valuable complexity invariants such as multi-fractal parameters, entropies and recurrence plot, they were unsatisfactory in certain cases. To overcome this limitation, we propose in this dissertation new entropy invariants, we contributed to multi-fractal analysis and we developed signal-based (unbiased) recurrence plots based on the dynamic transitions of time series. Principally, we aim to improve the discrimination between healthy and distressed biomedical systems, particularly fetuses by processing the time series using our techniques. These techniques were either validated on Lorenz system, logistic maps or fractional Brownian motions modeling chaotic and random time series. Then the techniques were applied to real fetus heart rate signals recorded in the third trimester of pregnancy. Statistical measures comprising the relative errors, standard deviation, sensitivity, specificity, precision or accuracy were employed to evaluate the performance of detection. Elevated discernment outcomes were realized by the high-order entropy invariants. Multi-fractal analysis using a structure function enhances the detection of medical fetal states. Unbiased cross-determinism invariant amended the discrimination process. The significance of our techniques lies behind their post-processing codes which could build up cutting-edge portable machines offering advanced discrimination and detection of Intrauterine Growth Restriction prior to fetal death. This work was devoted to Fetal Heart Rates but time series generated by alternative nonlinear dynamic systems should be further considered.