NEOLINES : Management des lignes de perfusion chez les prématurés

NEOLINES : Management of Intra-Venous lines for premature infants

• Auteur / Autrice : Abbas Hamade
• Direction : Souad Harmand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, Thermique, Energétique
• Date : Soutenance le 09/12/2022
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Michael Defoort
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Souad Harmand, Chérifa Abid-David, Didier Saury, Emmanuel Moulay, Christelle Letourmy, François Rochiccioli, Fabrice Lapeyre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chérifa Abid-David, Didier Saury

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médicaments -- Modes d'administration -- Dispositifs

Perfusion

Injections

Prématurés

Mots clés libres

Prématurés

Perte de charge

Lignes de perfusion

Concentration

Commande par modes glissants

Neonates

Pressure loss

Intra-Venous lines

Concentration

Sliding mode controller

Résumé

Les prématurés ainsi que certains nouveau-nés nécessitent une attention toute particulière. A cause des faibles débits utilisés (entre 0.3 et 30 ml/h), la nutrition et l’administration des médicaments en néonatalogie sont assurées essentiellement par des systèmes de perfusion intraveineuses. Généralement, les systèmes utilisés dans les unités de soin intensif en néonatalogie sont des déclinaisons de ce qui est utilisé pour les adultes où la marge de tolérances au niveau des dosages administrés est largement supérieure à ce qui devrait l’être pour une catégorie plus vulnérables tel que les prématurés et les nouveau-nés. En effet, des erreurs de dosage de médicaments vasoactifs, anesthésiques, anticoagulants ou encore de l’insuline en néonatalogie, peuvent avoir des effets critiques: toxicité, séquelles à long terme ou encore la mort du nouveau-né. C’est pourquoi, une perfusion intelligente, où la gestion de flux et l’administration des médicaments sont gérées automatiquement par des systèmes de contrôle-commande, peut-être une des meilleures alternatives afin d’éviter les différents problèmes précités. Dans cette thèse, nous étudions dans un premier temps, les écoulements durant une perfusion, puis l’impact des différents composants d’une ligne de perfusion sur le débit et la pression, dans le contexte d’une utilisation en néonatalogie, pour améliorer la gestion de l’écoulement des fluides dans ces systèmes. Ensuite, nous proposons un nouveau contrôleur, innovant et fiable, appliqué sur un régulateur de pression qui permet d’améliorer la prise en charge des nouveau-nés. Dans un premier temps, une étude de mécanique des fluides a été réalisée, puis une approche de contrôle commande a été adoptée. Dans un second temps, l’implémentation du contrôleur conçu a été réalisée dans notre laboratoire, pour finir par montrer les caractéristiques de notre système et de faire une comparaison complète entre les pompe seringues habituellement utilisées dans les hopitaux et notre nouveau système. Ce nouveau système prévient les différents risques d’un dosage incorrect, des retards d’administration dues aux blocages de débits, des problèmes de compliance. La modélisation développée permet de prédire la pression en tout point d’un système de perfusion complexe, et tout comme la détection rapide de toute anomalie dans les circuits (rupture de ligne, clamp, ...) et même de prévenir les risques de mauvais dosages pouvant entraîner un effet toxique ou vital.

Pre-term babies as well as newborns require special attention. Because of the low flow rates used (between 0.3 and 30 ml/h), the nutritional liquid and the drug administration are provided particularly by intravenous infusion systems. Indeed, dosing errors of vasoactive drugs, anesthetics, anticoagulants or even insulin, can have critical effects: toxicity, long-term sequelae or even the death of the newborn. Therefore, an intelligent infusion system, where the flow and the administration of the drugs are managed by a controlled system, can be one of the best alternatives to avoid the various problems mentioned earlier. The purpose of this thesis is to study the flow behavior during an IV perfusion and the impact of the different intravenous components on the flow-rate and the pressure. This will be used, subsequently, to improve the actual system and thus offer a reliable infusion system dedicated to neonatology. At a final stage, a novel controller applied on a pressure regulator is being placed. Beginning by a a fluid mechanics study, we have been able to design the controller. After that, we have implemented it on our laboratory equipment to test the system robustness and to make a fully comparison between the actual pump syringes used, and our innovation. This new system prevents the different risks of an incorrect dosage, time delays due to flow blockage at the junctions, and even compliance problems. The code developed permits to predict the pressure at any point, and is able to rapidly detect any circuit anomalies (line rupture, clamp, ...), flow occlusion, and even to prevent the risks of bad dosages that could lead to a toxic effect, long-term illness.