Cahier des charges en vue de l automatisation de BirthSIM

Cahier des charges en vue de l automatisation de BirthSIM 2.1 - Introduction La naissance représente pour chaque être humain une journée dangereuse. La sécurité de la naissance nécessite l apprentissage rigoureux de procédures diagnostiques et thérapeutiques. 800 000 accouchements sont réalisés en France chaque année [BLONDEL 00]. Lors d un accouchement eutocique, c est à dire sans complications, la mère et l équipe médicale parviennent à sortir le fœtus sans l aide d instruments obstétricaux. Cependant, dans certains cas, ces instruments sont nécessaires. En France, en 2003, 11,2 % des naissances ont nécessité des extractions instrumentales. Une étude menée dans la région Rhône-Alpes a montré qu une formation non satisfaisante ou un manque d expérience dans une manipulation instrumentale réalisée en urgence a conduit à des complications dans 3,2 % des naissances en extraction instrumentale [DUPUIS 03b]. Aux Etats-Unis, le taux de forceps a diminué de 22% entre 1985 et 1992 [VENTURA 98]. Ainsi, dans une maternité qui réalise 3000 accouchements par an, qui reçoit 12 internes, avec un taux de forceps de 6% et en prenant comme hypothèse que 80% des forceps pourront être réalisés par des internes, chaque interne réalisera seulement 12 forceps par an [JAIN 93]. Plus la fréquence de l extraction instrumentale diminue, plus l apprentissage devient difficile. Ceci permet d expliquer pourquoi 36% des programmes d enseignement aux Etats Unis ne comportent plus d enseignement des extractions instrumentales [BOFILL 96]. De plus la nouvelle réglementation hospitalière impose aux internes la réalisation d un repos de sécurité qui réduit encore leur temps de formation [DUPUIS 04]. Un simulateur d accouchement anthropomorphe pourrait permettre d entraîner les internes aux manœuvres obstétricales. En effet, les jeunes obstétriciens font face à un manque de système de formation. Pendant un accouchement, l enseignement du touché vaginal est difficile. Quand les étudiants réalisent un toucher vaginal, le professeur ne peut pas vérifier ce qu ils font. En effet, les sages-femmes et les obstétriciens sont obligés de se former lors de leurs passages en 49

salle d accouchement. Aucun simulateur ne permet d apprendre à surveiller la descente de la position de la tête fœtale, ni de former les médecins aux extractions instrumentales (forceps et ventouses) par voie basse et aux manœuvres manuelles qui doivent être réalisées en urgence dans un contexte de stress important. L urgence, la rareté et l aspect vital de certaines manœuvres rendent l utilisation de simulateur fonctionnel précieux. Certains médecins ont proposé de faire des formations de forceps pendant une césarienne [LOCKSMITH 01], mais ce type de procédure n est pas sans danger [BERMAN 02]. Nous avons présenté dans le premier chapitre les simulateurs d accouchements existants ou qui sont en train de se développer dans le monde. Nous avons exposé rapidement l objectif de chaque simulateur en traitant un ou plusieurs problèmes du point de vue obstétrical. Gonik a utilisé un simulateur obstétrical qui comportait un modèle de bassin, un squelette fœtal en aluminium, un gant d examen comportant des capteurs tactiles et un micro ordinateur [GONIK 89]. Ce simulateur comportait de plus, des capteurs tactiles, des capteurs sur le plexus brachial et des capteurs sur la colonne cervicale fœtal. Cette expérience a permis de démontrer de manière objective que la manœuvre de Mc Robert diminuait les forces de traction nécessaires à la réduction d une dystocie des épaules et diminuait ainsi le risque d étirement du plexus brachial et le risque de fracture de la clavicule [GONIK 89]. Les simulateurs d accouchement qui existent actuellement ne comportent pas de système de pression d interface, ni de système de localisation spatiale permettant de connaître précisément la situation dans l espace de la tête fœtale. Nous avons décrit à la fin du précédent chapitre la proposition de la France dans le domaine de l apprentissage obstétrical en réalisant le BirthSIM à l INSA de Lyon [DUPUIS 03a]. Dans ce chapitre, nous présenterons tout d abord la problématique de l accouchement en détail. Ensuite, nous définirons les différentes procédures d accouchement qui serviront de base pour établir le cahier des charges que devra respecter la robotisation du simulateur BirthSIM. 2.2 - Positions et présentations de la tête fœtale 2.2.1 - Positions La classification de la descente de la tête fœtale par l American College of Obstetrics and Gynecology (ACOG) a été révisée en 1988, elle divise le canal pelvien en 11 niveaux selon la hauteur du sommet du crâne par rapport aux épines sciatiques en allant de 5 cm à + 5 cm: (-5, -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, graduation en cm) (cf. Figure 2.1). La référence de hauteur zéro correspond à la position dans laquelle le sommet de la tête du nouveau-né est tangent au plan des épines sciatiques. La hauteur +5 correspond à la position dans laquelle le sommet de la tête est visible de l extérieur. 50

Figure 2.1 - Niveaux de la présentation (ACOG 1988) [DRIFE 04]. Pour plus de simplicité, certains niveaux ont été regroupés par rapport à l engagement, on obtient ainsi une classification en quatre catégories : la partie «haute» correspond aux niveaux -5 à -1 cm ; la partie «moyenne» regroupe les niveaux 0 et +1 cm ; la partie «basse» regroupe les niveaux +2 et +3 cm ; la partie «la plus basse» correspond aux niveaux +4 et +5 cm. 2.2.2 - Présentation du sommet La tête fœtale, quand elle se présente en sommet, peut avoir 8 types de variétés : OP (Occipito-Pubienne), OS (Occipito-Sacrée), OIGA (Occipito-Iliaque Gauche Antérieure), OIDA (Occipito-Iliaque Droite Antérieure), OIGP (Occipito-Iliaque Gauche Postérieure), OIDP (Occipito-Iliaque Droite Postérieure); OIDT (Occipito-Iliaque Droite Transverse), OIGT (Occipito-Iliaque Gauche Transverse) (cf. Figure 2.2). Figure 2.2 Les huit types de présentation de la tête fœtale. 51

Le diagnostic du type de variété est réalisé soit cliniquement soit échographiquement [RIETHMULLER 04] [MERGER 95]. L examen clinique recherche la suture sagittale, la suture coronale et les fontanelles antérieures et postérieures (cf. Annexe E). Le toucher vaginal (cf. Figure 2.3) permet d apprécier le degré de flexion de la tête. Dans les variétés antérieures, plus la fontanelle postérieure est proche du centre du bassin, meilleure est la flexion. Dans les variétés postérieures, la petite fontanelle est reportée excentriquement vers la paroi pelvienne, mais elle reste cependant perceptible. La grande fontanelle au contraire, se rapproche du centre du bassin. Figure 2.3 - Réalisation du toucher vaginal par deux doigts L étude de la simulation des présentations de la tête fœtale est en cours de développement via une autre thèse au LAI. En effet, Moreau [MOREAU 06] a proposé un système rotatif asservi via un moteur électrique pour positionner la tête fœtale dans une présentation donnée. Ceci permettra d ajouter au BirthSIM la possibilité de reproduire la plupart des accouchements avec le fœtus en présentation céphalique. Aujourd hui l étude présentée dans ce document se limite à la position OP qui représente 95% des cas cliniques. 2.3 - Phases de l accouchement L accouchement comprend trois phases : la dilatation, l expulsion et la délivrance. Seule la deuxième phase fait partie du cahier des charges du simulateur d accouchement et permettra de réaliser la partie asservissement du système électropneumatique proposé. 2.3.1 - La dilatation (1 ère phase) La dilatation est la première phase de l accouchement au cours de laquelle le col de l utérus s ouvre pour laisser le passage au nouveau-né [KAMINA 84]. Cette phase débute au moment où la femme entre en travail et se termine lorsque la dilatation complète du col de l utérus est obtenue. Le col de l utérus est un muscle prodigieux : extrêmement tonique, il 52

maintient l utérus fermé pendant neuf mois et s efface complètement pour laisser passer le nouveau-né lors de l accouchement [MERGER 95]. La dilatation est possible grâce aux contractions utérines (CU). Les CU vont avoir pour conséquences : le raccourcissement du col (i.e. effacement), puis son ouverture appelée dilatation. La progression de la dilatation se mesure en centimètres : de 0 à 10 cm. L ouverture du col est progressive : elle est lente de 0 à 3 cm (phase de latence), puis plus rapide de 3 cm à 10 cm (phase active). A partir de 3 cm, la vitesse de dilatation est en moyenne de 1 cm par heure (cf. Figure 2.4). Une fois la dilatation complète, c est-à-dire lorsqu elle est à 10 cm, la tête du nouveau-né peut s engager dans le bassin. À ce moment, l utérus et le vagin ne forment plus qu un seul tunnel dans lequel le nouveau-né va pouvoir descendre. L expulsion va alors commencer. Dilatation Niveau Temps (heures) Dilatation de col de l utérus Descente de la tête fœtale Figure 2.4 - Courbes d accouchement eutocique, la dilatation de col et la descente de fœtus [PILLITTERI 98] 2.3.2 - L'expulsion (2 ème phase) L expulsion est la seconde phase de l accouchement. Elle dure le plus souvent entre 30 minutes et deux heures. C est la phase au cours de laquelle le nouveau-né franchit le col de l utérus et va passer à travers le bassin osseux, puis à travers le bassin mou jusqu à la vulve. Sa durée est mesurée entre le moment ou la dilatation complète du col de l utérus est obtenue et la naissance. Pendant cette phase, les contractions sont : - plus fréquentes que lors de la première phase et de plus en plus rapprochées : toutes les deux minutes, - moins longues que lors de la première phase : elles durent près d une minute. Lors de l expulsion, l équipe médicale aide la mère à faire coïncider les CU et les efforts de poussée. Lorsque la contraction débute, la mère inspire profondément pour abaisser son diaphragme. Au sommet de l inspiration, la mère doit bloquer son souffle, puis contracter fortement les abdominaux pour appuyer le plus possible sur le nouveau-né. 53

Pendant cette phase, le nouveau-né s engage dans le bassin qui est inextensible. Tout au long du chemin, il subit une forte pression et il franchit de nombreux obstacles : col de l utérus, bassin osseux, bassin mou et périnée. La progression de la tête fœtale se fait centimètre par centimètre. La tête du nouveau-né est maintenant descendue dans la partie basse du bassin et va glisser sur le coccyx et se diriger vers la vulve dont la fente s élargit progressivement. C est alors qu arrive le moment où la mère arrête de pousser afin de laisser la tête se dégager. 2.3.3 - La délivrance (3 eme phase) La délivrance est la troisième et dernière phase de l accouchement : elle débute au moment de la naissance et se termine lors de l expulsion du placenta. Environ vingt minutes après la naissance, le placenta qui n a plus de fonction, se détache du fond de l utérus où il était inséré. Un filet de sang forme un caillot qui s étend entre le placenta et l utérus, et le décolle ainsi que les membranes qui entouraient le bébé. Cette dernière phase n est pas modélisée dans notre étude. Seule l'expulsion peut être réalisée aujourd hui par BirthSIM. Le Tableau 2.1 résume ces trois phases. En revanche le tableau de l Annexe C présente ces phases de manière plus détaillée. Phases d accouchement La dilatation (1 ère phase) L'expulsion (2 ème phase) La délivrance (3 ème phase) Durée De quelques heures à plusieurs jours De 30 minutes à 2 heures De quelques minutes à 20 minutes Temps Action associée Début du travail Dilatation complète du col Naissance Expulsion du placenta Tableau 2.1 - Les trois phases d accouchement 2.4 - Les efforts simulés pendant la deuxième phase d accouchement Pendant la deuxième phase de l accouchement, le nouveau-né est soumis à deux types de phénomènes. Le premier : la contraction utérine (CU) est une action involontaire (automatique) de la patiente engendrée par les muscles utérins. La CU est la source de la Force Expulsive Automatique (FEA). Le deuxième : l effort expulsif qui est une activité volontaire de la patiente sollicitée par la sage femme ou le médecin. Ces efforts expulsifs sont la source de la Force Expulsive Volontaires (FEV). 54

2.4.1 - Les Contractions Utérines (CU). 2.4.1.1 - Physiologie La contraction utérine (CU) est due à l activité d un muscle constituant l essentiel de la paroi de l utérus : le myomètre. C est la force motrice qui permet la dilatation du col. La paroi utérine est constituée de fibres musculaires lisses, de tissu conjonctif et de nombreux vaisseaux. La tonicité du myomètre est liée à la tension de la paroi utérine, donc aux propriétés élastiques de ces éléments. Elle s apprécie par la mesure du tonus de base qui est la pression intra-utérine basale, en dehors des contractions. Cette activité contractile de l utérus permet de pousser le fœtus vers le bas [PAPIERNIK 95]. Les CU sont totales, se propageant comme une onde de la partie supérieure de l utérus jusqu à sa partie basse (cf. Figure 2.5), elles sont douloureuses et involontaires. Sur la Figure 2.5, les petits utérus montrent comment l'onde débute, se diffuse et se fane finalement. Le grand utérus montre les quatre points auxquels la pression intraabdominale peut être enregistrée avec des micro ballons. Le sommet de chaque contraction se produit simultanément dans toutes les parties de l'utérus [DEREK 99]. Douleur Pression amniotique [mmhg] Temps Figure 2.5 - Schéma d un onde normale de contraction utérine passant au-dessus de l'utérus. 55

2.4.1.2 - Technique de mesure Le phénomène de contraction utérine peut être identifié car : la patiente peut les ressentir ; l obstétricien peut : sentir la tête avancer à chaque CU, voir les CU s afficher sur le tocographie, palper la contraction sur le bas ventre de la mère. En effet, cliniquement, la fréquence et l intensité des contractions CU peuvent être appréciées par simple palpation abdominale. Mais l appréciation de l intensité des CU reste très subjective et très imprécise [THOULON 91]. Dans la surveillance électronique, l enregistrement des CU se fait par tocographie externe ou par tocographie interne. Les courbes tracées par tocographie externe ne permettent qu une mesure relative de l intensité des CU, ne préjugeant pas de la pression qui règne dans la cavité utérine [THOULON 91]. Chez une même patiente, les différentes parties d un tracé ne sont comparables entre elles qu à condition que le capteur ne soit pas déplacé (cf. Figure 2.6) et que le réglage de la ligne de base soit effectué en fonction des mouvements maternels (qui provoquent le changement de tension de la ceinture du capteur externe). La tocographie externe reste précieuse du fait de sa simplicité de maniement. Mais pour obtenir des mesures objectives de la pression intra-amniotique : tonus de base et l intensité des CU, il faut utiliser la tocographie interne. En utilisant la tocographie interne, les tracés ne sont pas perturbés par les mouvements maternels, ils sont donc comparables entre eux. Les mesures ne sont pas modifiées par une obésité de la patiente. Même la mise en place du cathéter de la tocographie interne est relativement complexe et nécessite un personnel spécialisé, elle peut être désagréable pour la patiente [THOULON 91]. Figure 2.6 - Modification du tocogramme en fonction de la position du capteur. La courbe des CU s aplatit d autant que le capteur est placé plus bas, pour finalement s inverser [THOULON 91]. 56

2.4.1.3 - Description de la contraction utérine L enregistrement, par tocographie interne, permet de représenter les variations de la pression intra-amniotique en fonction du temps (cf. Figure 2.7). La courbe de pression de la CU est plus souvent asymétrique. La phase ascendante étant plus courte que la phase de relaxation [PAPIERNIK 95]. Les CU sont décrites à l aide de plusieurs paramètres (cf. Figure 2.7). Ces sont : le tonus de base, l intensité totale, l intensité vraie, la période et la durée des contractions [THOULON 91]. Figure 2.7 - Contraction utérine : courbe de pression utérine et définition des paramètres caractéristiques [THOULON 91]. 2.4.1.4 - Définitions a) Le tonus de base est la valeur de la pression utérine minimale qui existe dans l intervalle de temps séparant deux CU. b) L intensité totale est définie comme la pression utérine maximale observée au sommet de l onde contractile par rapport à la pression atmosphérique (niveau zéro). Cette intensité augmente au cours du travail. c) L intensité vraie est définie comme la pression observée au sommet de l onde contractile diminuée du tonus de base. Les rapports entre le tonus de base et l activité contractile conditionnent la qualité de la contraction, et par conséquent le bon déroulement du travail [THOULON 91]. Intensité vraie = Intensité totale Tonus de base (2.1) 57

d) La fréquence des contractions utérines est calculée par convention sur une période de dix minutes et est exprimée en nombre de CU par dix minutes (600 sec). Pour la calculer, on mesure le temps, en secondes, qui sépare les deux sommets de deux contractions successives (période p) et on rapporte ce temps à 600, selon la formule : 600 Fréquence théorique = (2.2) p e) La durée de la contraction est exprimée en secondes. f) L activité utérine est définie par le produit de l intensité vraie par la fréquence des CU par 10 minutes. La Figure 2.8 montre que l activité utérine est faible au cours de la grossesse mais croissante avant l accouchement [PAPIERNIK 95]. Activité utérine = Intensité vraie x Fréquence des CU par 10 min. (2.3) L unité de l activité utérine est alors l unité montevideo. Activité utérine [ unité Montevideo] Accouchement 3 ème phase 1 ère phase Travail de l accouchement 2 ème phase Phase de latence Phase active Grossesse Activité utérine Semaines de Grossesse Puerpéralité Figure 2.8 - Evolution de l activité utérine pendant la grossesse et évolution des paramètres caractéristiques de contractions utérines [DEREK 99]. 58

2.4.1.5 - Valeurs normales pendant la phase d expulsion La Figure 2.9 montre une courbe de CU tracée par le tocographie pendant 10 min lors de la deuxième phase d accouchement (Expulsion). Les caractéristiques de ce phénomène varient d une femme à l autre. Ce phénomène qui est naturel, périodique et involontaire a été simulé via BirthSIM. Les résultats sont présentés dans le Paragraphe 2.6 -. Pression intra-abdominale Figure 2.9-: Les contractions utérines [THOULON 91] Voici dans le Tableau 2.2, les valeurs normales des paramètres des contractions utérines lors de la deuxième phase d accouchement : la moyenne (premier chiffre) et l écart type (deuxième chiffre). Paramètre Valeur Tonus de base (mmhg) 9 ± 4 Intensité totale (mmhg) 49 ± 16 Intensité vraie (mmhg) 39 ± 17 Fréquence (10 min) 4.4 ± 1.8 Durée (s) 74 ± 16 Activité utérine (unité Montevideo) 190 ± 93 Tableau 2.2: Contraction utérine : valeurs normales des différents paramètres lors de la deuxième phase d accouchement [THOULON 91] 2.4.1.6 - La Force Expulsive Automatique (FEA) Au cours du travail, lors de l expulsion, la force expulsive automatique de la CU (FEA) est transmise par l augmentation de pression dans le liquide amniotique piégé derrière le fœtus (cf. Figure 2.10). Ce mécanisme d entraînement peut être comparé à un moteur hydraulique [PAPIERNIK 95]. 59

Axe du cylindre d engagement Axe de l utérus Diamètre (1) 9.5 cm Figure 2.10 - Le moteur utérin est comparable à un moteur hydraulique. La pression générée sur le fœtus est la résultante de l application d une force sur la surface de l aire de section abdominale. En prenant comme hypothèse que la poussée est exercée sur une surface de 70.9 cm², correspondant à la section de la tête fœtale sur le diamètre «1» (qui est en moyenne de 9.5 cm, cf. Figure E.12) perpendiculaire à l axe de l utérus (cf. Figure 2.10). Cet axe fait un angle de 30 à 50 avec l axe du cylindre d engagement (cf. Figure 2.10 et en Annexe E Figure E.5). En sachant que lors de l expulsion, une contraction a une intensité totale en moyenne de 49 mmhg (soit 6530 Pa) (cf. Tableau 2.2), la force de propulsion (FEA) est en moyenne de 46.3 N selon l équation (2.4). Pour notre application, la valeur moyenne des contractions utérines retenue est de 45 N. En effet, cette force est peu connue dans la littérature médicale car elle n est pas facilement mesurable et elle évolue d une femme à l autre. Force de propulsion (N) = Pression (Intensité Totale) (Pa) Surface de section (m²) (2.4) 2.4.2 - La Force Expulsive Volontaire (FEV) L effort abdominale maternelle est un phénomène ponctuel et volontaire. Il s ajoute au phénomène des CU. Ces efforts sont la source de la Force Expulsive Volontaire (FEV) qui refoule l utérus vers le bas par élévation de la pression intra-abdominale entre 30 et 70 mmhg selon la Figure 2.11. En effet, pendant la phase d expulsion les tracés par tocographie présentent des caractères morphologiques particuliers (cf. Figure 2.11). Les parties ascendantes et descendantes sont rapides et leurs sommets sont constitués de multiples pics qui traduisent la CU et l effort surajouté de la pression abdominale [THOULON 91]. La FEV est provoqué par : la patiente quand celle-ci pousse le nouveau-né au moment où le médecin le demande (FEV) ; la sage-femme qui applique un effort extérieur avec les mains sur le ventre de la patiente (non simulé dans cette étude). 60

Le dernier cas se produit lorsque la patiente est fatiguée et est incapable de fournir un effort de poussée suffisant. Pression intra-abdominale Figure 2.11 : Les contractions utérines et les efforts expulsifs en tocographie interne, la pression intra-utérine dépasse 100 mmhg [THOULON 91]. Lors d'un accouchement eutocique, il y a en moyenne 3 à 4 efforts expulsifs par minute [THOULON 91]. Cet effort dépend de chaque femme et peut durer entre 10 s et 30 s (cf. Figure 2.11). Actuellement la FEV n est pas mesurée seule lors d un accouchement classique. Cette valeur est peu connue des obstétriciens. Nous considérons dans la suite que cet effort expulsif est de l ordre de 60 mmhg (soit 7997 Pa) ce qui correspond à une force expulsive volontaire d une intensité de 56.7 N, si nous considérons toujours que la surface d application est de 70.9 cm². Pour nos applications, l effort expulsif moyen retenu est de 55 N. 2.5 - Concepts de simple et de double synchronisation 2.5.1 - Accouchement eutocique Les forces expulsives qui permettent la progression de la tête fœtale sont donc de deux types. Lors du travail d un accouchement eutocique apparaissent : les contractions utérines, source de la force expulsive automatique (FEA) ; les efforts d hyper pression abdominale maternelle, source de la force expulsive volontaire (FEV). Le concept de simple synchronisation correspond à la synchronisation de ces deux forces. En effet, pour vaincre les résistances mécaniques, il est nécessaire de faire en sorte que la contraction utérine involontaire et les efforts expulsifs soient synchrones (cf. Figure 2.12 et Figure 2.13). Si l effort expulsif total est supérieur au seuil de résistance, la progression du bébé à l intérieur de l utérus s effectue. Cette notion de seuil de résistance est très difficile à quantifier. En effet, du point de vue physique, elle dépend des propriétés mécaniques de l utérus et du vagin qui définissent la force de résistance exercée par les parois des organes 61

sur le corps du fœtus. Les paramètres qui définissent cette force sont nombreux. Selon le Tableau 2.3, le seuil de résistance est égal à 100 N qui est la somme de la FEA et la FEV (cf.). Dans le cadre de cette étude, ce seuil sera supposé constant à tout instant mais réglable avant chaque essai. Cette hypothèse est excessive et devra être améliorée. En effet, l un des problèmes important qui peut se poser lors d un accouchement concerne l endommagement (déchirement) des tissus musculaires dû à la variation de ce seuil de résistance. Ce seuil diminue lorsque la tête du bébé progresse. Dans certains cas, la mère retrouve des forces lorsque la tête est sortie, dans ce cas, la FEV augmente. Le rôle de la sage-femme est très important : elle doit ralentir les ardeurs de la mère tout en retenant la tête du bébé afin d éviter que l expulsion soit trop rapide et n entraîne de graves lésions au niveau des voies génitales maternelles (lésions vulvaires, périnéales et vaginales [LEEUW 01]). La Figure 2.12 présente une mauvaise synchronisation de la FEV avec la FEA. Dans le premier cas (Figure 2.12-a) la mère pousse trop tard alors que dans le second cas (Figure 2.12-b) la mère produit un effort de poussée trop tôt. La Figure 2.13-a présente une très bonne synchronisation. En revanche la Figure 2.13-b présente une synchronisation minimum qui passe le seuil de résistance sur un temps court qui ne permettra qu une faible progression du nouveau-né lors de la phase d expulsion. Valeur retenue de le Force en N Contraction utérine (CU) = FEA 45 Effort expulsif = FEV 55 Seuil de résistance = Forces à vaincre 100 Tableau 2.3 :Valeurs moyennes des forces naturelles en jeu lors de l expulsion. (FEA = force expulsive automatique; FEV = force expulsive volontaire) a- FEV en retard par rapport à la FEA b- FEV en avance par rapport à la FEA Figure 2.12 - : Simulation d absence d application du concept de synchronisation : les contractions utérines, les efforts expulsifs ne sont pas synchrones. 62

a- Très bonne synchronisation b- Bonne synchronisation Figure 2.13 - : Simulation d application du concept de simple synchronisation : progression du mobile fœtal. 2.5.2 - Accouchement instrumental Lors d un accouchement au moyen d instruments obstétriques (forceps, ventouse), les forces qui permettent la progression de la tête fœtale sont de trois types : les contractions utérines sont responsables de la force expulsive automatique (FEA) ; les efforts d hyper pression abdominale maternelle sont responsables de la force expulsive volontaire (FEV) ; les efforts de traction effectués par l opérateur lors de l extraction sont responsables de la force expulsive instrumentale (FEI). Deux notions sont très importantes [DUPUIS 05e]: - la loi mécanique indique que la déformation subit par le crâne fœtal est d autant plus grande que l intensité de la force appliquée est élevée ; - la naissance doit être la plus physiologique possible : il est donc souhaitable qu elle résulte au mieux des forces expulsives naturelles. Ces deux principes expliquent pourquoi la force développée lors d une extraction instrumentale doit être la plus faible possible. L opérateur a donc tout intérêt à synchroniser sa traction (FEI) avec d une part les efforts expulsifs de la mère (FEV) et d autre part avec les efforts expulsifs liés à la contraction utérine (FEA). Il s agit du «concept de double synchronisation». En effet, pour vaincre les résistances mécaniques dans l accouchement instrumental, il est nécessaire d appliquer le concept de double synchronisation (cf. Figure 2.16). Ces résistances mécaniques sont liées à une macrosomie ou à un bassin trop étroit. Autrement dit, il est capital lors d une extraction instrumentale de différencier les extractions selon qu elles 63

génèrent ou non des efforts expulsifs importants et selon que le forceps est réalisé ou non pendant une contraction. A seuil de résistance identique, l opérateur doit veiller à obtenir la meilleure synchronisation possible pour développer une force expulsive instrumentale la plus faible possible [DUPUIS 05e]. Figure 2.14 - : Simulation d absence d application des concepts de synchronisation : les contractions utérines, les efforts expulsifs et les efforts de l opérateur ne sont pas en phase. a- FEA et FEI en phase mais FEV en retard b- FEA et FEV en phase mais FEI en retard Figure 2.15 - : Simulation d application du concept de simple synchronisation mais absence d application de double synchronisation : pas de progression du mobile fœtal. Un défaut de synchronisation a pourtant des conséquences majeurs. Il peut conduire à exercer des forces inutilement élevées voire à une extraction instrumentale que l on aurait pu éviter. La mauvaise synchronisation (cf. Figure 2.14 & Figure 2.15) peut être liée à la parturiente, c est le cas de femmes dont l analgésie est insuffisante ou lorsque la patiente est agitée. La mauvaise synchronisation peut également être liée à l obstétricien qui peut appliquer la force en dehors d une contraction ou oublier de solliciter les efforts de la parturiente [DUPUIS 05e]. 64

Dans le chapitre 6 nous donnerons les principaux résultats et l analyse statistique de notre travail sur l application de concepts de simple et de double synchronisation a- Très bonne double synchronisation b- Double synchronisation minimum : FEV et FEI en retard par rapport à la FEA Figure 2.16 - : Simulation d application du concept de double synchronisation. Progression du mobile fœtal. 2.6 - Simuler la CU et l effort expulsif via BirthSIM Aujourd hui, une des nouvelles capacités de BirthSIM est de pouvoir simuler la contraction utérine (FEA) et les efforts expulsifs (FEV) via une carte d acquisition de la société dspace et au logiciel Control-desk [CONTROL-DESK]. La Figure 2.17 présente la série de Force Expulsive Automatique (FEA) simulée. Chaque contraction présente une fonction caractéristique de la variable gaussienne donnée par l équation suivante : 2 t G( t) = exp( ) (2.5) d CU sim G(t) : Fonction gaussienne en fonction du temps t. Volontairement les CU sont simulées comme étant toujours symétriques, bien qu en réalité ce ne soit que rarement le cas. Ce choix a été discuté et entériné par les médecins. Les CU simulées sont décrites à l aide de cinq paramètres I vraie-tr, T base-tr, d CU-sim, P CU-sim et t acc-sim (cf. Figure 2.17) pour pouvoir représenter les contractions réelles (cf. Figure 2.9). Les deux premiers paramètres (I vraie-tr et T base-tr ) sont réglables en ligne (en temps réel), par contre les trois derniers paramètres ne sont réglables que hors ligne (en simulation). La comparaison des Figure 2.9 et Figure 2.17 montre que : les paramètres I vraie-tr et T base-tr représentent successivement l intensité vraie et le tonus de base. Donc, la somme de I vraie-tr et T base-tr représente l intensité totale ; les paramètres d CU-sim et P CU-sim représentent successivement la Durée d une contraction est sa période P. 65

Sur la Figure 2.17, il est défini un nouveau paramètre important t acc-sim : Durée de la deuxième phase d accouchement. C est un temps réglable compris entre 10 min et deux heures : le temps réel d accouchement permettant à la tête de sortir entièrement du bassin, naissance proprement dite [FRIEDMAN 67]. P CU-sim t acc-sim I vraie-tr s D CU-sim T base-tr Figure 2.17 - : Contractions utérines (FEA) réalisées par BirthSIM La Figure 2.18 présente une série de Force Expulsive Automatique (FEA) synchronisée avec la (FEV) à partir de la deuxième FEV. En imaginant que le seuil de résistance est de 100 N, on peut en déduire que le concept de simple synchronisation est effectué à partir de la troisième FEA (cf. Figure 2.13-a, b) L instructeur peut contrôler la FEV par trois paramètres réglables. Il peut choisir en temps réel le début, la fin et l intensité de chaque FEV (cf. Figure 2.17). En comparant les efforts expulsifs réels de la Figure 2.11 avec ceux simulés pendant 6 min (cf. Figure 2.18), on peut constater que : la pression maximum sur les deux figures atteint 120 mmhg ; le tracé par tocographie est constitué d une succession de courbes asymétriques, c est le cas en simulation (cf. Figure 2.18) ; l évolution du tonus de basse dans la réalité est comprise entre le 10 et 20 mmhg. En revanche, il est fixé à 20 mmhg sur la Figure 2.18. en simulation, il y a un seul effort expulsif à chaque sommet de CU, il dure 20 sec. En revanche, il y a en moyenne 3 à 4 efforts expulsifs par minute en réalité [THOULON 91] et chaque effort dure en moyenne 10 s. BirthSIM est capable de visualiser la position de la tête, les contractions utérines (FEA) et les efforts expulsifs (FEV) (cf. Figure 2.19), ce qui permet à l opérateur de : pouvoir synchroniser ces deux types de contractions pendant le travail dans un accouchement eutocique ; pouvoir synchroniser la FEA et la FEV avec l effort instrumental pendant le travail d un accouchement à l aide d instruments d obstétriciens. 66

Figure 2.18 - : Efforts expulsifs (FEA et FEV) réalisés en temps réel par BirthSIM FEA +FEV Figure 2.19 - : Données visualisées par l opérateur (sage-femme ou obstétricien) via le logiciel Control-desk En considérant les formes des FEA et la FEV comme des trajectoires de consigne d effort pour le système électropneumatique de BirthSIM, le cahier des charges médical [OLABY 04] est ainsi traduit en problème concret pour l automaticien. Ce qui permet d élaborer l automatisation du simulateur d accouchement BirthSIM, comme le présente les procédures d accouchement détaillées ci-après. 2.7 - Procédures d accouchement Le cahier des charges mis en place avec l aide de l obstétricien peut se résumer comme suit : simulation de la résistance des muscles qui tendent à retenir l'avancée du bébé ; simulation des contractions utérines et des efforts de poussée abdominale ; affichage en temps réel de la position de la tête fœtale et des différents types d efforts (FEA, FEV et FEI) à partir des données issues des mesures ; 67

répétabilité d'une même manipulation (position de la tête du bébé, force résistante, amplitude et fréquence des différents efforts). L objectif des procédures d accouchements proposées ici, est de faciliter la simulation de l accouchement avec un cahier des charges précis [OLABY 04]. L instructeur devra disposer d un ordinateur lui permettant de choisir entre différents programmes de simulation : accouchement normal ou instrumental. Il pourra également : positionner automatiquement la tête du nouveau-né à différents niveaux, régler les paramètres de la FEA (cf. Figure 2.17), régler les paramètres de la FEV (cf. Figure 2.18). Le praticien en formation (sage-femme ou obstétricien) disposera de différentes informations : tactiles : par un toucher vaginal il pourra évaluer le positionnement de la tête du nouveau-né, auditive (poussée abdominale), visuelle (existence ou non de contractions utérines). Ces informations lui permettront de prendre la décision adéquate : appel du spécialiste, renforcement de la surveillance (pose d électrodes de scalp), attitude expectative ou attitude active (extraction instrumentale ou césarienne). Lors des essais, le système enregistrera les informations (position, vitesse, accélération, pressions, efforts ). La formation se poursuivra par l analyse des décisions et des gestes qui auront été réalisés. 2.7.1 - Procédure n 1 - Apprentissage statique (mettre en place de façon automatique la tête du nouveau-né dans une position donnée) Le simulateur doit être capable sur une demande de l instructeur : de positionner automatiquement la tête dans l une des onze positions comprises entre -5 et +5 (cf. Figure 2.1). Cette procédure peut être vue comme une procédure d'initialisation à effectuer avant chaque simulation des autres procédures présentées par la suite. L intérêt principal de ce positionnement repose sur l apprentissage du touché vaginal. En effet, l instructeur peut ainsi positionner où il veut la tête du bébé ( 5 à +5), alors que la personne en fonction (sagefemme, jeune médecin, ) doit être capable de reconnaître cette position par simple toucher et en se repérant par rapport aux épines sciatiques. Ainsi, cette phase très souvent associée à une échographie, doit permettre au médecin de savoir s il est encore possible d effectuer une césarienne en cas de problème ou au contraire s il doit utiliser les forceps pour aider la phase d expulsion. 68

2.7.2 - Apprentissage dynamique I : Simulation de la 2 ème phase du travail d un accouchement eutocique Le simulateur BirthSIM doit être capable, dans les trois procédures suivantes de reproduire le scénario suivant : le sommet de la tête placé au niveau 0, va jusqu au niveau +15 en un temps réglable compris entre 10 min et deux heures (le temps réel d accouchement auquel la tête peut entièrement sortir du bassin, naissance proprement dite [FRIEDMAN 67]). 2.7.2.1 - Procédure n 2 - Simulation de la FEA (déplacement faible de la tête) Entre 0 cm et +15 cm la tête peut avancer de manière régulière, quatre fois toutes les 10 minutes. Pendant la durée d avancement de la tête, le type d effort appliqué à la tête peut être déduit de la forme des contractions utérines (cf. Figure 2.9). L intérêt de cette procédure est : l apprentissage de la surveillance du travail de la deuxième phase de l accouchement pendant la progression de la tête. La progression de la tête dans ce mode peut être effectuée en simulant la CU ; l apprentissage du dégagement de la tête en n appliquant que la FEA, puisque dans ce mode nous supposons que la FEV est absente. C est-à-dire que la parturiente est fatiguée et qu elle ne peut pas pousser ou l opérateur n a pas demandé «poussez Madame». 2.7.2.2 - Procédure n 3 - Simple synchronisation de FEA et FEV, avec déplacement moyen de la tête A partir de +3, +4 ou +5 cm l instructeur doit pouvoir, en appuyant sur un bouton, au moment où l opérateur dit «poussez Madame» adresser au système un signal de consigne entraînant un déplacement complémentaire de la tête. Ce déplacement est immédiat d une durée comprise entre 10 et 30 secondes et d amplitude réglable : déplacement court (1 cm), moyen (3 cm) et long (7 cm). Ce déplacement doit être synchronisé avec celui que provoque la FEA. Le type d effort appliqué à la tête peut être déduit de la forme de l effort expulsif (cf. Figure 2.11) pendant les 20 dernières minutes (si l accouchement dure 2 heures) et pendant les 2 dernières minutes (si l accouchement total dure 10 minutes). L intérêt supplémentaire de cette procédure par rapport à la précédente est qu elle conduit à souligner l importance du concept de simple synchronisation (cf. Paragraphe 2.5 - ). 2.7.2.3 - Procédure n 4 - Simple synchronisation de FEA et FEV avec déplacement très important de la tête Dans cette procédure, la femme pousse fort lorsque la sage-femme lui demande ce qui provoque un déplacement très important de la tête du nouveau-né. La sage-femme dans ce cas doit veiller à retenir progressivement la tête afin d éviter le déchirement du périnée. Cette 69

procédure peut être utile pour examiner le comportement de la sage-femme si le déplacement de la tête provoqué par la FEV est très important. 2.7.3 - Apprentissage dynamique II - Simulation d extraction à l aide de forceps (application de la FEI) Les Procédures n 5 à n 10 présentées ci-dessous doivent entraîner l opérateur à réagir lors d un arrêt de la progression de la tête du nouveau-né dans le canal vaginal au niveau 0, +1, +2, +3, +4 ou +5. Lorsque les efforts expulsifs volontaires sont de faible intensité, les contractions utérines sont de faible intensité. La tête du nouveau-né est assez grande ou le bassin est petit, il peut être important de faire une extraction instrumentale. L intérêt de ces procédures concerne: l apprentissage et l entraînement des jeunes obstétriciens à utiliser des instruments obstétriques à différents niveaux de difficultés de part une variation de l effort résistant, et une variation du positionnement de la tête ; l apprentissage du concept de double synchronisation (cf. Paragraphe 2.5 - ) ; le contrôle de la qualité de l extraction instrumentale permettant d évaluer les performances des jeunes obstétriciens. 2.7.3.1 - Extraction par forceps facile : FEI faible BirthSIM doit être capable de réaliser la simulation d un forceps facile avec la tête initialement située à une hauteur choisie par l instructeur (hauteur supérieure ou égale au niveau 0). Pour chaque position la traction développée sur la tête est dite faible, cet effort de traction est nécessaire à l extraction de la tête du canal vaginal. 2.7.3.1.1 - Procédure n 5 - Simple synchronisation de FEA et FEI Cette procédure correspond au fait que l obstétricien doit synchroniser au mieux les contractions utérines (FEA) et la force expulsive instrumentale (FEI), qu il applique car la force expulsive est absente. 2.7.3.1.2 - Procédure n 6 - Double synchronisation de FEA, FEV et FEI Cette procédure doit permettre de simuler un forceps avec les conditions énumérées dans la Procédure n 5 en ajoutant le paramètre suivant : l instructeur peut, en appuyant sur un bouton, au moment où l opérateur dit «pousser Madame» adresser à BirthSIM un signal entraînant une diminution de l effort que doit fournir l opérateur à l aide des forceps. Cette diminution doit durer entre 10 et 30 secondes (cf. Paragraphe 2.4.2 - ) et peut prendre trois intensités différentes : faible, modérée ou forte, représentant respectivement de l ordre de 10%, 30% et 60% de l effort de traction fourni par l opérateur. Si on accepte le principe de double synchronisation (cf. Paragraphe 2.5 - ) selon lequel l effort de poussée abdominale, la 70

contraction utérine et la traction instrumentale sont synchronisées, le bébé doit se mouvoir par une force propulsive qui est la somme de la FEA, de la FEV et de la FEI. 2.7.3.2 - Extraction par forceps difficile : FEI moyen BirthSIM doit être capable de réaliser un forceps difficile. Cette manœuvre se fait avec la tête initialement située à la hauteur choisie par l instructeur parmi les 6 hauteurs possibles (du niveau 0 au niveau +5). Pour chaque position la traction développée sur la tête est assez forte. Cet effort est nécessaire à l extraction de la tête du canal vaginal. 2.7.3.2.1 - Procédure n 7 - Simple synchronisation de FEA et FEI Cette procédure doit permettre de simuler une extraction instrumentale avec les conditions énumérées dans la Procédure n 5 en ajoutant un effort supplémentaire de traction développé sur la tête. 2.7.3.2.2 - Procédure n 8 - Double synchronisation de FEA, FEV et FEI Cette procédure doit permettre de simuler un accouchement à l aide des instruments obstétriciens plus difficile que l extraction présentée dans les Procédures n 5 et n 6. Dans ce cas, l effort associé à la tête (pour la faire sortir) doit être plus fort. La seule différence entre cette procédure et la précédente est que dans ce cas, l instructeur doit pouvoir en appuyant sur un bouton, au moment ou l opérateur dit «pousser Madame» adresser à BirthSIM un signal entraînant une diminution de l effort que doit fournir l opérateur. Cette diminution doit durer entre 10 et 30 secondes (cf. Paragraphe 2.4.2 - ) et peut prendre trois intensités différentes : faible, modérée ou forte, représentant respectivement 10%, 30% et 60% de l effort de traction fourni par l opérateur. Si on accepte le principe de double synchronisation (cf. Paragraphe 2.5 - ) selon lequel l effort de poussée abdominale, la contraction utérine et la traction instrumentale sont synchronisées, le déplacement du fœtus sera dû à la force propulsive issue de la somme de la FEA, de la FEV et de la FEI. 2.7.3.3 - Procédure n 9 - Extraction par forceps très difficile: FEI importante Dans cette procédure, le système électropneumatique du simulateur BirthSIM doit pouvoir développer un effort plus important (que celui développé dans les Procédure n 7 et n 8) sur la tête du bébé. En conséquence, l extraction par des instruments devient très difficile. 71

2.7.3.4 - Procédure n 10 - Tentative d extraction par forceps impossible: FEI très important BirthSIM doit pouvoir simuler un accouchement instrumental par forceps impossible, c est le cas quand la tête ne bouge pas quelle que soit la force développée par l opérateur. 2.8 - Conclusion Ce chapitre a permis de mettre en place un cahier des charges établi avec le médecin obstétricien. La définition précise nous a conduit à simuler des contractions utérines et des efforts expulsifs, de souligner l importance du concept de synchronisation. Le cahier des charges nous a conduit à établir différentes procédures d accouchement afin de les implanter sur le simulateur BirthSIM. Leurs réalisations passent par l automatisation du simulateur. Dans le chapitre 4, nous présenterons les résultats expérimentaux obtenus avec BirthSIM en implantant les procédures d accouchement présentés dans ce chapitre. En effet, ces procédures seront des modes de fonctionnement pour le simulateur d accouchement. 72