Computerized protocols for the supervision of mechanically ventilated patients in critical care

par Kaouther Saihi

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Laurent Brochard.

Le président du jury était Daniel Isabey.

Le jury était composé de Laurent Brochard, Michel Dojat, Jean Charlet, Jean-Christophe Richard, Stefan Mersmann.

Les rapporteurs étaient Guy Carrault, Alexandre Demoule.

  • Titre traduit

    Protocoles automatisés pour la surveillance de patients ventilés en soins intensifs


  • Résumé

    Dans le secteur de la santé et particulièrement en unité des soins intensifs, diverses situations cliniques sont rencontrées et l'interprétation d'une grande quantité de données, y compris celles fournies par les équipements tels que moniteurs et ventilateurs, est exigée pour une prise de décision appropriée. La disparité entre cette quantité importante d'information et la capacité humaine limitée crée une variabilité inutile à la décision clinique. Pour faire face au problème, les experts médicaux ont défini des stratégies en vue de promouvoir une pratique fondée sur les données probantes. Cette méthode est devenue un standard pour la pratique clinique et a montré beaucoup d'avantages en menant à la définition de directives spécifiques ou des protocoles précis à appliquer dans certaines situations. Cependant, l'utilisation de directives/protocoles, particulièrement dans les soins intensifs, exige une participation continue des professionnels au chevet du malade et est ainsi difficile à appliquer en pratique clinique. La définition d'assistants informatisés est une solution technologique intéressante à explorer pour faciliter l'introduction des protocoles dans la routine clinique. En ventilation mécanique, on assiste à une prise de conscience croissante sur le potentiel de l'informatisation et son applicabilité au-delà de la recherche et plus concrètement dans le soutien du clinicien dans sa prise de décision quotidienne. Ceci à travers la prise en charge des tâches répétitives et la proposition de suggestions. Ce domaine constitue un environnement idéal pour de telles applications surtout que les ventilateurs de réanimation son aujourd'hui des équipements électroniques sophistiqués qui peuvent embarquer des protocoles informatisés. L'objectif de cette thèse était d'explorer les aspects de développement, déploiement et d'efficacité des « contrôleurs intelligents » en ventilation mécanique afin d'accélérer leur création et leur adoption. Pour examiner les phases de développement et de déploiement, nous nous sommes concentrés sur l'utilisation et l'extension du SmartCare®, une plateforme logicielle qui facilite l'automatisation des procédures thérapeutiques en ventilation mécanique à partir de la modélisation des connaissances expertes jusqu'à leur exécution en temps réel dans un équipement médical. A travers une approche ascendante, en se basant particulièrement sur notre expérience pratique dans le design de contrôleurs intelligents et après l'examen de divers contrôleurs existants, l'objectif était de définir un catalogue de pièces maitresses pour la représentation des protocoles en ventilation mécanique. L'utilisation d'une ontologie du domaine assure une formalisation saine de ces pièces.Sur base de cette approche, nous avons développé un contrôleur pour l'oxygénation testé au chevet du malade. Nous rapportons ses performances comparées à la pratique standard


  • Résumé

    In healthcare, especially in critical care, various clinical situations are encountered and a huge amount of data, including those provided by equipment such as monitors and ventilators, are required for an appropriate decision-making. The mismatch between this vast amount of information and the human capability creates unnecessary variability in clinical decision. To cope with this problem, medical experts have defined specific strategy called evidence based medicine. This method has become the standard of practice and showed many benefits by leading to the definition of specific guidelines or precise protocols to follow in specific situations. However, the use of guidelines/protocols, especially in critical care, requires the continuous involvement of professionals at the patient's bedside strongly limiting their application in practice. The introduction of computerized assistants for implementing such guidelines/protocols may be an interesting technological solution. In mechanical ventilation where various protocols are available there is a growing acceptance that such computerization might be useful beyond research, in assisting clinicians in their daily decision making by taking over some routine tasks or providing suggestions. Moreover, this domain constitutes an ideal environment because mechanical ventilators are presently powerful electronic equipments in which computerized protocols can be efficiently embedded. The objective of this thesis was to explore several aspects of the development, deployment, and effectiveness of computerized protocols or smart controllers in mechanical ventilation in order to accelerate their creation and adoption. For this purpose, we focused on the use and the extension of SmartCare®, a computer framework for the automation of respiratory therapy starting from clinical knowledge modelling to execution in real time of specific routines embedded into medical products [1]. Through a reengineering approach, from practical experience in smart controller design and investigation of existing controllers, the objective was to define a catalogue of building blocks to facilitate the creation of new controllers. The modeling of such blocks using dedicated domain ontology ensures a sound formalization. To prove the effectiveness of such a generic approach, we built a smart controller for oxygenation tested on the patient's bedside. We reported its performance compared to standard therapy

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