Colloque Healthcare 4.0 : "Soufflez, c’est dépisté"

15/10/19
Colloque Healthcare 4.0
SOUFFLEZ, C’EST DÉPISTÉ
SYSTÈMES MULTI-CAPTEURS
POUR LE DIAGNOSTIC ET LE SUIVI
PERSONNALISÉ DE PATIENTS
PAR ANALYSE D’HALEINE
CERI EE – IMT LILLE DOUAI
LAB-STICC – IMT ATLANTIQUE
SERVICE DE NÉPHROLOGIE – CHU LILLE

L’HALEINE, REFLET DE
NOTRE ÉTAT DE
CORPS
1. Contexte
• L’Insuffisance Rénale Chronique
2. Système multi-capteurs
• Les capteurs
• Essais en laboratoire
• Essais en hôpital
3. Perspectives

CONTEXTE
SOUFFLEZ, C’EST DÉPISTÉ : SYSTÈMES MULTI-CAPTEURS POUR LE DIAGNOSTIC ET LE SUIVI PERSONNALISÉ DE PATIENTS PAR ANALYSE D’HALEINE
3Les insuffisances rénales
 Insuffisance rénale chronique (IRC)
 Perte progressive et irréversible des fonctions rénales
 3 millions de personnes en France
 73 000 personnes en phase terminale de la maladie
 Insuffisance rénale chronique terminale
 Décès ou Transplantation (41%) ou dialyse (55%)
 Dialyse : séance de 3 à 4h 2 à 4 fois par semaine
 Coût de prise en charge 3,8 Md€ [1]
 Nécessité d’une détection précoce de cette maladie
silencieuse et progressive
[1] Sécurité Sociale 2015 - Cour des Comptes
Reins = Filtration du sang

CONTEXTE
 Dépistage de l’insuffisance rénale chronique
Test urinaire
Quantifier la
protéinurie
Prise de sang
Quantifier la
créatine
Analyse
d’haleine
Ex: quantifier
l’ammoniac
Provenant des intestins, normalement
transformé en urée.
Augmentation de la concentration avec
les maladies rénales et hépatiques [1] :
• Sain : [NH3] < 1,2 ppm
• Malade : [NH3] > 1,6 ppm
[1] Turner et al. Physiological Measurement 2006

Système multi-capteurs
CONTEXTE
 Analyse d’haleine
Spectroscopie de masse
+
Qualification et quantification des gaz à basse
concentration (<ng/tube)
-
Encombrant, chronophage, cher
Nécessite experts et maintenance
+ Simple d’utilisation, compact, bas coût
-
Spécificité aux biomarqueurs
Limite de détection en milieu humide
Stabilité dans le temps

20 mm
SYSTÈME MULTI-CAPTEURS
6Principe
 Systèmes de détection
 10 à 13 capteurs
 Polymères conducteurs (Pani)
 Chemio-résistif
 Réponses différentes à l’ammoniac
Résistance
électrique
Temps

7Principe
 « Nez électronique » dédié à la détection d’ammoniac
 Entrainement du dispositif en air zéro
 Classification :
 Haleine saine ([NH3] < 1,2 ppm)
 Haleine malade ([NH3] > 1,6 ppm)
 Choix des paramètres
 Choix des algorithmes (LDA, RF, SVM, MLP)
Analyseur [NH3]
Mesure de
résistance
Injection de différentes
concentrations de NH3
R
t
[NH3]
t

8Principe
 « Nez électronique » dédié à la détection d’ammoniac
 Validation en haleine synthétique
 Test sur des patients avant et après dialyse
Algorithmes ΔR dR ∫R ΔR, dR, ∫R
LDA 64 % 64 % 67 % 80 %
RF 77% 77 % 50 % 80 %
SVM 72 % 77 % 75 % 85 %
MLP 75 % 78 % 63 % 85 %
P. Le Maout et al. Sensors and actuators B, 2019
Précision des algorithmes
Paramètres extraits de R = f(t)
Haleine saine : [NH3] < 1,2 ppm
Taux élevé : 1,2 < [NH3] < 1,6 ppm
Haleine malade: [NH3] > 1,6 ppm
Composé Haleine réelle
Haleine
synthétique
Acétone 400 – 900 ppb 500 ppb
Méthanol 450 ± 200 500
Ethanol 0 - 400 200
Isoprene 118 ± 68 100
Acétaldéhyde 24 ± 17 20
Propanol 0 -135 0

Analyseur
[NH3]
Mesure de
résistance
R
t
 Essai avant/après dialyse
9Essai en hôpital
[1] S. Davies et al. Kidney International. 1997
Concentration d’ammoniac contenue
dans l’haleine pendant la dialyse [1].
Ammoniac seul, ne suffit pas
pour distinguer des personnes
saines des personnes
malades d’IRC.
L’ammoniac n’est pas
spécifique des maladies
rénales
NH3 0,7 ppm
NH3 0,6 ppm
Début de dialyse : NH3 2,6 ppm
Fin de dialyse : NH3 0,8 ppm

CONCLUSION Système multi-capteurs
• En laboratoire
►Critères de classification issus de la littérature :
[NH3] < 1,2 ppm = sain et [NH3] > 1,6 ppm = malade
►Discrimination de profils d’haleine saine/malade (précision > 80 %)
►Environnement complexe (haleine synthétique à ~100 % RH)
• En hôpital
►Mise en évidence d'une empreinte électronique d'haleine
avant/après dialyse
►Limites de l’étude centrée sur un biomarqueur unique
Résultats tirés de la thèse de Paul Le Maout
réalisée à l’IMT Atlantique et l’IMT Lille Douai

PERSPECTIVES
12Système multi-capteurs dédiés à l’analyse d’haleine
 Définition d’empreintes physico-chimiques et électroniques spécifiques à l’IRC
Thèse Maria Akiki (début oct. 2018)
 Insuffisance Rénale Chronique : recherche de nouveaux biomarqueurs
 Co-financement public-privé : FEDER/I-Site ULNE/ TERA Environnement
 Collaboration avec TERA Environnement et le Service de Néphrologie CHU Lille, IMT
Atlantique.

PERSPECTIVES
13Système multi-capteurs dédiés à l’analyse d’haleine
 Définition d’empreintes physico-chimiques et électroniques spécifiques à l’IRC
 Développement de capteurs spécifiques aux biomarqueurs du cancer du poumon
Thèse de Twinkle Bhatia (début janv. 2019)
 Cancer du poumon : capteurs spécifiques aux COV (aldéhydes, alcools, etc.)
 Financement : INTERREG France Wallonie Vlaanderen – FEDER – Projet PATHACOV
 Collaboration avec 12 partenaires dont 5 hôpitaux, des spécialistes des matériaux, de la
détection de gaz, de la donnée et TERA Environnement.

IMT Atlantique
Laurent Dupont (Pr.)
Cyril Lahuec (MC)
Paul Le Maout
Fabrice Seguin (MC)
IMT Lille Douai :
Maria Akiki
Twinkle Bhatia
Thomas Fagniez (Ing.)
Nadine Locoge (Pr.)
Nathalie Redon (MA)
Jean-Luc Wojkiewicz (Pr.)
CHU Lille - Service de
néphrologie
François Glowacki (Pr.)
REMERCIEMENTS

15Principe
 Classification par élimination récursive de paramètres
P. Le Maout et al. Sensors and actuators B, 2019
Algo. ΔR dR ∫R
ΔR,
dR, ∫R
RFE
Nb param.
selec.
LDA 64 % 64 % 67 % 80 % 84 % 13
RF 77% 77 % 50 % 80 % 83 % 19
SVM 72 % 77 % 75 % 85 % 91 % 39
MLP 75 % 78 % 63 % 85 % 87 % 25

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