Développement d'outils pour le suivi non-invasif de la pression intracrânienne par des produits de distorsion acoustiques

Development of tools for non-invasive intracranial pressure monitoring by otoacoustic emissions

• Auteur / Autrice : Jeferson Jhone Da Silva
• Direction : Fabrice Giraudet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 26/09/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neuro-Dol (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Natacha Crozat-Teissier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paul Avan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Guillaume Andeol, Annie Moulin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pression intracrânienne

Mots clés libres

Traitement du signal

Émissions otacoustiques

Pression intracrânienne

Système auditif

Signal processing

Otoacoustic emissions

Intracranial pressure

Auditory system

Résumé

La mesure non invasive de la pression intracrânienne (PIC) est un sujet de recherche depuis des décennies, car les méthodes invasives comportent des risques d’hémorragies et d’infections. La surveillance non invasive par des réponses cochléaires a été suggérée comme étant une mesure fiable. Une des réponses couramment analysées dans ces méthodes est celle des produits de distorsion acoustique (PDA). La mesure du PDA est rapide et simple, car il suffit d'envoyer une stimulation sonore et d'enregistrer la réponse acoustique produit par les cellules ciliées externes à l'aide d'une seule sonde (comme une oreillette) dans le conduit auditif externe. Le déphasage du PDA est le paramètre qui nous permet de surveiller les variations de la PIC. Comme il s'agit d'une mesure relative, il est nécessaire de disposer d'une référence individuelle qui ne devrait pas être modifiée pendant ou entre les mesures. Cependant, les phases sont sensibles au positionnement de la sonde et (même de légères) variations de l'impédance de l'oreille. De plus, l’âge du patient influence les niveaux du PDA qui réduisent généralement avec le vieillissement. Ils sont aussi fragiles et très sensibles à l’environnement acoustique, en particulier le bruit généré par le patient. Le présent travail présente initialement le développement d'une méthode de traitement du signal basée sur l'analyse de la distribution du signal pour l'identification et la réjection automatique des sections bruyantes, afin d'améliorer la robustesse de l'extraction du signal du bruit de fond acoustique. La méthode mise au point a été comparée à la rejection de sections sur la base de seuils déterminés par l'opérateur à l'aide de l'analyse visuelle du spectre du signal (méthode standard). Les résultats ont indiqué un niveau de bruit statistiquement inférieur et des signaux plus stables lors de l'utilisation de la méthode automatique. Une deuxième étude présente une technique de détection du positionnement des sondes et des fuites d'air (AFPS), en utilisant l'analyse de la réponse en fréquence de la pression mesurée dans le conduit auditif externe après une stimulation large bande. Dans cette étude une table d'inclinaison a été utilisée pour induire une légère variation de la PIC dans quatre positions (60°, 0°, -20° et encore 60°) en deux séries de mesures. Nous avons analysé la reproductibilité entre les deux essais et les effets sur les résultats du test du déplacement de la sonde et des fuites d’air quand elles étaient identifiées. Ces analyses ont indiqué que la méthode AFPS est en mesure de classer correctement les signaux en fonction de la présence de fuites d'air ou du déplacement de la sonde. Pour la dernière expérience, les deux techniques (rejection automatique et AFPS) ont été adaptées pour être utilisées en temps réel, permettant d'identifier et de corriger les problèmes éventuels avant ou pendant le test. Nous avons comparé l'appareil modifié et l'appareil commercial en deux séances d'essai, de sorte que chaque appareil a été utilisé pour les deux oreilles. Dans chaque séance, trois tests ont été effectués (T1, T2 et T3), chacun avec cinq valeurs enregistrées pour chacune des trois positions (45°, 0° ''position couchée'' et -10°). Les trois tests ont été effectués afin de permettre l'analyse de la reproductibilité des mesures, sans et avec l’effet du remplacement de sonde, et sa précision (exprimée par l'écarttype des différences). La méthode AFPS augmente la robustesse, fournissant des valeurs plus cohérentes dans toutes les analyses, surtout en cas de repositionnement de la sonde. La réjection automatique réduit la variabilité entre les cinq mesures prises pour la même position, augmentant ainsi la stabilité et la précision des réponses.

Non-invasive measurement of intracranial pressure (ICP) has been a research topic for decades, as invasive methods carry risks of hemorrhages and infections. Non-invasive monitoring by cochlear responses has been suggested as a reliable method. One of the most common solutions considered in these methods is the Distortion Products of Otoacoustic Emissions (DPOAE). The DPOAE measurement is quick and simple, as it only requires sending a sound stimulation and recording the cochlear acoustic response using a single probe (such as an earphone). The DPOAE phase shift is the parameter that allows us to monitor the ICP variations. As this is a relative measure, it is necessary to have an individual reference that should not be changed during or between measurements. In addition, the age of the patient influences the DPOAE levels which generally reduce with aging. They are also fragile and very sensitive to the acoustic environment, especially the noise from the patient. This work first presents the development of a signal processing method based on signal distribution analysis for automatic identification and rejection of noisy sections, in order to improve the robustness of the signal extraction from acoustic background noise. The developed method was compared to the rejection thresholds based on operator visual analysis (standard method). The results indicated a statistically lower noise level and more stable signals when using the automatic method. A second study presents a probe positioning and air leak detection technique (AFPS), based on the frequency response analysis of the pressure measured in the external ear canal after wideband stimulation. In this study, a tilt table was used to induce a slight variation in the ICP in four positions (60°, 0°, -20° and again 60°) into two series of measurements. We analyzed the reproducibility between the two tests and the effects on the test results of probe displacement and air leakage when they were identified. These analyses indicated that the AFPS is able to correctly classify the signals according to the occurrence of air leaks or probe movement. In the last experiment, both techniques (automatic rejection and AFPS) were adapted to be used in real time, to identify and correct any problems before or during the test. We compared the modified device and the commercial device in two test sessions, so that each device was used for both ears. In each session, three tests were performed (T1, T2 and T3), each with five values recorded for each of the three positions (45°, 0° ''lying down'' and -10°). These three tests were performed to allow the analysis of the reproducibility of the measurements, without and with a probe replacement effect, and its accuracy (expressed as the standard deviation of the differences). The AFPS increases robustness, providing more consistent values in all analyses, especially if the probe is repositioned. Automatic rejection reduces the variability between the five measurements taken for the same position, thus increasing the stability and accuracy of the responses.