CH672991A5 - - Google Patents

Description

DESCRIPTION

Lorsqu'un individu respire normalement, son diaphragme descend pour augmenter le volume de sa cavité thoracique, ce qui a pour effet de créer une pression dans cette cavité thoracique négative par rapport à la pression atmosphérique. L'air est poussé par la pression atmosphérique dans la cavité thoracique en pression négative. Beaucoup de patients, tels que les victimes d'accidents en état de choc ou de traumatismes ou encore les victimes de crises cardiaques, peuvent avoir besoin d'un respirateur ou d'un ventilateur pour les aider à respirer. Les respirateurs de l'art antérieur faisaient appel à l'insufflation intermittente d'air en pression positive qui augmentait la pression dans les poumons du patient jusqu'à les remplir.

L'air était ensuite expulsé passivement, du fait de la rigidité naturelle des poumons.

Ces respirateurs insufflent de l'air en pression dans des poumons qui sont déjà à la pression atmosphérique. La pression dans les poumons augmente au-dessus de la pression atmosphérique, ce qui est contraire à la situation normale, et l'aptitude du cœur à pomper le sang s'en trouve inhibée. Pendant la respiration normale, il apparaît une pression thoracique négative au moment de l'inspiration de l'air qui aide le cœur à se remplir de sang. Le gradient de pression qui en résulte (une pression relative positive à la périphérie et une pression négative à l'intérieur du thorax) aide le cœur à se remplir lorsqu'il se distend après s'être contracté pour expulser le sang. Toutefois, lorsque la pression dans la chambre thoracique augmente, comme c'est le cas avec les respirateurs, la quantité de sang revenant ou entrant dans le cœur diminue. Le cœur doit aussi travailler contre une pression accrue. Il en résulte un débit cardiaque diminué.

Une technique classique pour améliorer la richesse en oxygène dans le sang artériel a recours à une pression positive en fin d'expiration (PPFE), où une faible pression positive est maintenue dans les bronches entre les insufflations d'air en pression positive. Cette technique fait appel à un commutateur classique. Un signal de pression reçu par la valve contrôle son état de pression (haut ou bas). L'état de PPFE bas est créé lorsque la valve est pleinement ouverte. Une fermeture partielle de la valve crée une pression intrathoracique élevée entre les insufflations d'air qui tient au fait qu'une certaine partie de l'air des poumons ne peut s'échapper. Toutefois, lorsque la PPFE est de 10 cm d'eau, le débit cardiaque diminue fortement. On emploie des fluides intraveineux pour augmenter le volume intravas-culaire afin de tenter de limiter cette chute du débit cardiaque. Le fonctionnement du cœur du patient peut déjà être perturbé, auquel cas les avantages attendus de l'augmentation du volume intravascu-laire se trouvent diminués ou neutralisés. En outre, les patients nécessitant des respirateurs présentent typiquement des insuffisances rénales et ne peuvent pas traiter le fluide supplémentaire. Lorsque l'on utilise un fluide intraveineux en trop grande quantité par rapport à la capacité (assistée ou non) du patient à le traiter, celui-ci peut passer dans les poumons.

On utilise des inotropes positifs pour augmenter les contractions du cœur afin que celui-ci pompe davantage de sang. Il est bien évident que le cœur travaille plus que normalement, ce qui peut aboutir à des crises cardiaques ou à des arythmies. Souvent, le médecin qui a recours à la PPFE prescrit un accroissement des fluides intraveineux en association avec des inotropes positifs.

Plusieurs chercheurs ont étudié les effets qu'une augmentation de la pression thoracique modulée sur le cycle cardiaque pouvait avoir sur le débit cardiaque. Us ont synchronisé une ventilation par jets à haute fréquence avec différentes phases de la révolution cardiaque. Carlson et Pinsky ont trouvé que l'effet dépresseur d'une ventilation en pression positive était minimisé lorsque les impulsions de pression positive étaient synchronisées avec la diastole. Par contre, Otto et Tyson n'ont pas trouvé de changement significatif du débit cardiaque lorsqu'ils ont synchronisé les impulsions de pression positive avec différentes phases de la révolution cardiaque.

Pinchak a défini la meilleure fréquence à utiliser dans la ventilation par jets à haute fréquence. Il a par ailleurs noté des oscillations rythmiques dans la pression de l'artère pulmonaire (PAP) ainsi que des changements rythmiques dans la pression artérielle générale. Une explication possible de ces oscillations est que les jets d'air et les battements du cœur deviennent successivement synchrones et asynchrones. En examinant les données, on s'aperçoit que la pression de l'artère pulmonaire est très élevée et la pression artérielle générale basse lorsque le pic de pression dans les bronches correspond au début de la systole. Bien que Pinchak ne commente pas ce phénomène, ses résultats montrent que la pression de l'artère pulmonaire augmente et diminue d'une manière exactement inverse de celle de la

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pression sanguine. Une explication plausible est que l'augmentation de la pression de l'artère pulmonaire est simplement la conséquence de l'augmentation de la résistance vasculaire pulmonaire qui provoque une diminution du remplissage du ventricule gauche et, par conséquent, une diminution du débit cardiaque entraînant une diminution de la pression artérielle générale. Dans la mesure où de petites fluctuations de la pression artérielle générale sont un reflet des fluctuations du débit cardiaque, les travaux de Pinchak confirmeraient les résultats de Pinsky et de Carlson, à savoir qu'une pression positive dans les bronches est la moins nocive durant la diastole.

C'est un but de l'invention de fournir un équipement commandé par un ordinateur pour contrôler la pression maintenue dans les canaux de respiration d'un malade entre des inspirations à surpression fournies par un ventilateur opérant en coordination avec un mécanisme de valve de surpression de fin d'expiration. Un autre but de l'invention est de fournir un équipement commandé par un ordinateur pour la surpression d'expiration qui fonctionne sûrement et efficacement, bon marché à fabriquer et facile à entretenir. C'est encore un autre but de l'invention que l'équipement puisse fonctionner comme complément à une installation de surpression de fin d'expiration. C'est un autre but de l'invention de fournir un équipement pour commander la respiration d'un malade.

L'invention concerne un équipement défini par la revendication 1. Un dispositif à valves commande la pression à maintenir dans le canal de respiration entre des insufflations à surpression fournies par un ventilateur opérant en coordination avec un mécanisme de valve de pression positive de fin d'expiration (PPFE). L'équipement comprend un détecteur pour détecter les battements successifs du cœur d'un malade, des moyens de calcul reliés au détecteur pour calculer une période entre les battements successifs du cœur et une valve à trois voies branchée électroniquement aux moyens de calcul et pneumatiquement au mécanisme de valve pour commander les valves. La valve à trois voies est commandée par les moyens de calcul de façon à ouvrir le mécanisme de valve, interrompant la surpression fournie au malade pendant un intervalle déterminé par les moyens de calcul d'après les signaux du détecteur. La commande du mécanisme de valve est réalisée grâce à l'emploi du vide et de moyens à pression positive, qui fournissent une pression positive ou négative, au travers de la valve à trois voies, au mécanisme de valve et entraînent l'ouverture et la fermeture du mécanisme de valve. Ouvert, le mécanisme à valve permet aux organes de respiration d'être en contact avec l'atmosphère, permettant une courte et précise chute de pression. Fermé, le mécanisme de valve permet un fonctionnement normal de l'équipement respirateur en coordination avec la valve PPFE.

Ainsi, la PPFE se trouve enlevée pour une durée de temps variable avant le battement de cœur suivant. La vanne à PPFE est contrôlée par une vanne à trois voies contrôlée par une calculatrice de manière à provoquer des chutes de pression permettant au cœur de se remplir. Une fois le cœur rempli, la PPFE reprend, sans aucun effet négatif. La respiration du patient est coordonnée avec ses battements cardiaques pour optimiser le débit cardiaque. En outre, la pression peut être restituée immédiatement après sa chute pour aider à vider le cœur.

La figure 1 est une représentation schématique de la présente invention dans son environnement avec un patient.

La figure 2 est un schéma synoptique du microcalculateur de la figure 1 connecté avec une vanne à trois voies.

La figure 3 montre une seconde forme d'exécution permettant de déterminer l'intervalle de temps séparant deux battements de cœur.

Un équipement de commande de la pression positive d'expiration est représenté sur la figure 1 dans son environnement où il se trouve connecté à un dispositif thérapeutique tel qu'un ventilateur. On voit que le patient 10 utilise un respirateur ou ventilateur 12 au travers d'une vanne d'expiration à PPFE standard 13. La vanne à PPFE 13 s'ouvre et se ferme pour permettre à une haute et à une basse pression d'arriver au patient 10. Conformément à la présente invention, le patient 10 est également relié à un cardiographe (CG)

16, les battements de cœur successifs sont détectés par le CG 16, et un signal représentant chaque battement est dirigé vers un microcalculateur 18, qui sera décrit en détail à l'aide des figures 2 et 3. Un signal d'intervalle variable est généré par le générateur 20 et dirigé sur le microcalculateur 18. La valeur de l'intervalle est choisie par le médecin responsable. Le microcalculateur 18 combine ce signal d'intervalle variable provenant de 20 et une valeur représentant le temps séparant deux battements de cœur successifs fournie par le CG 16. Il en résulte un signal de contrôle qui est dirigé sur le solénoïde 22 d'une vanne à trois voies 24. La vanne à trois voies 24 est connectée par une première sortie à une source de pression positive 26. La seconde sortie est connectée pneumatiquement à une source de pression relative basse 28, tandis que la troisième sortie est connectée à la valve à deux voies 14 au travers de laquelle le patient 10 reçoit des insufflations en pression positive.

Dans les conditions normales de fonctionnement du ventilateur 12, la vanne à PPFE 13 fonctionne pour permettre à une pression basse et à une pression haute (environ 0,028 kg/cm2) d'arriver alternativement au patient 10 directement du ventilateur 12. Toutefois, lorsque le solénoïde 22 est actionné par le microcalculateur 18, il fournit en 30 une pression négative depuis la source de pression relative basse 28. La pression négative en 30 ouvre la vanne à deux voies 14. La vanne à deux voies 14 étant complètement ouverte, une pression relativement basse (atmosphérique ou légèrement au-dessus de la pression atmosphérique) est reçue par le patient 10 depuis le ventilateur 12. Conformément à la présente invention, cette pression relativement basse arrive juste avant le battement de cœur suivant, si bien que le cœur en se remplissant est certain de ne pas travailler contre une pression élevée. Le système à PPFE génère trop souvent des pressions élevées lors des battements du cœur, ce qui gêne l'aspiration du sang par le cœur et diminue le débit cardiaque.

La figure 2 montre clairement les détails du microcalculateur 18. La sortie du CG 16 passe par l'amplificateur opérationnel 32 vers une horloge 34 qui transforme le signal CG amplifié en une onde carrée modulée sur les battements successifs du cœur. Les impulsions électriques de l'horloge 34 sont reçues par une mémoire/calculateur 36 qui calcule le temps séparant deux battements de cœur successifs (oscillations R-R). Cette période est utilisée pour prédire le battement de cœur suivant afin qu'une pression basse soit fournie au patient un peu avant et pendant ce battement de cœur suivant. Le générateur de l'intervalle variable 20 est ajusté par le médecin responsable utilisant un contrôleur analogique classique, par exemple à une valeur située entre 15 et 400 microsecondes. Le signal d'intervalle variable venant de 20 et le signal de période du calculateur 36 sont utilisés pour calculer leur produit dans le multiplicateur 38. Le produit ainsi obtenu (période d'oscillation R-R x une variable interne) est utilisé comme signal pour actionner le solénoïde 22 qui contrôle la vanne à trois voies 24.

A l'état normal, la vanne à trois voies 24 connecte la source de pression positive 26 et la sortie 30, ce qui provoque une fermeture de la vanne à deux voies. Dans ces conditions, le ventilateur 12 fournit au patient 10 une pression positive élevée et la valve à PPFE 13 fonctionnant de façon normale entraîne une baisse de pression vers la pression positive de fin d'expiration. Admettons que le CG 16 détecte un battement cardiaque par seconde. Le signal CG est amplifié en 32, transformé en une onde rectangulaire par l'horloge 34 et la période (une seconde) calculée par la mémoire 36. Lorsque le générateur d'intervalle variable est ajusté par le médecin à 0,8 seconde, le multiplicateur 38 multiplie la période par l'intervalle variable, ce qui donne comme valeur 0,8 seconde (1,0 x 0,8). Ainsi, pendant 0,2 seconde avant le battement de cœur à venir (0,8 seconde après le dernier battement de cœur), le solénoïde 22 se trouve actionné. La vanne à trois voies 24 ouvre alors la sortie 30 sur le vide 28. Dans ces conditions, la pression négative résultante ouvre complètement la vanne à deux voies 14, et le patient se trouve exposé à une pression basse. Si le rythme cardiaque venait à changer, la différence entre la valeur prévue et la valeur réelle serait détectée et reconnue

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par les moyens de calcul et l'impulsion de temps corrigée. La durée de l'impulsion arrivant au solénoïde est contrôlée par une seconde horloge (non représentée).

La figure 3 montre une seconde forme d'exécution permettant de déterminer ou de détecter les battements du cœur. Un photodétec-teur 40 est utilisé pour détecter les clignotements d'une diode à luminescence 42 qui fait normalement partie du cardiographe. Le photodétecteur 40 est actionné par les clignotements de la diode à luminescence 42 et ne requiert pas d'horloge ou de transformateur en ondes carrées. Sa sortie va directement à l'amplificateur 32 pour être traitée ensuite comme dans le cas de la forme d'exécution de la figure 2.

D'autres modifications possibles viendront à l'esprit des gens versés dans l'art sans se départir de l'esprit de la présente invention, dont le domaine d'application est défini dans les revendications. Par exemple, plutôt que d'utiliser un microcalculateur, on peut adapter 5 un microprocesseur (par exemple le microprocesseur Commodore C 64) avec un logiciel qui permet de suivre et de calculer la durée de la révolution cardiaque, le choix de la valeur de l'intervalle variable étant laissé au médecin.

Dans une variante, la valve à deux voies 14 peut être combinée io fonctionnellement dans une unité avec une partie de la valve à PPFE.

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1 feuille dessins

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   REVENDICATIONS

   1. Equipement commandé par un moyen de calcul pour commander la pression de respiration d'un patient comprenant un détecteur pour détecter les battements successifs du cœur d'un patient, le moyen de calcul relié au détecteur pour calculer une période des battements de cœur successifs du patient, un ventilateur, une première vanne connectée électriquement au moyen de calcul, une seconde vanne connectée pneumatiquement au ventilateur pour commander la pression dans le ventilateur et commandée par la première vanne pour interrompre les insufflations sous pression selon la période calculée par le moyen de calcul.
2. 2. Equipement selon la revendication 1, comprenant un générateur de vide relié pneumatiquement à la première vanne pour générer une basse pression dans le ventilateur par l'intermédiaire de la seconde vanne.
3. 3. Equipement selon la revendication 2, comportant un moyen pour fournir une surpression, la première vanne étant à trois voies avec une première, une seconde et une troisième sortie, la première étant reliée pneumatiquement au ventilateur, la seconde au générateur de vide et la troisième au moyen fournissant une surpression.
4. 4. Equipement selon la revendication 3, où la vanne à trois voies a un solénoïde connecté électriquement au moyen de calcul qui positionne la vanne à trois voies.
5. 5. Equipement selon la revendication 4, comportant un générateur d'intervalle variable alimentant le moyen de calcul pour générer un signal d'intervalle variable.
6. 6. Equipement selon la revendication 5, où le moyen de calcul comprend un multiplicateur connecté au détecteur et au générateur d'intervalle variable pour générer un signal constituant le produit de la période calculée par le signal d'intervalle variable.
7. 7. Equipement selon la revendication 6, comportant un moyen générateur d'une pression basse, où le ventilateur comporte une vanne de commande connectée pneumatiquement à la première sortie de la seconde vanne, où cette vanne de commande est ouverte par une baisse de pression pneumatique commandée par la seconde vanne mise en communication avec le moyen générateur d'une pression relative basse et le ventilateur, et où la vanne de commande est fermée par une surpression pneumatique de la connexion commandée par la seconde vanne entre le moyen générateur de pression positive et le ventilateur.
8. 8. Equipement selon la revendication 5, où le moyen de calcul fournit un signal périodique, dont la période dépend de la période des battements de cœur et du signal d'intervalle variable à la vanne pour la commander.
9. 9. Equipement selon la revendication 6 ou 8, où le détecteur comprend un amplificateur connecté au détecteur pour amplifier le signal du battement du cœur.
10. 10. Equipement selon la revendication 9, où le moyen de calcul comporte une horloge connectée à l'amplificateur pour transformer le signal du battement du cœur en une onde carrée et pour générer des impulsions destinées au multiplicateur.
11. 11. Equipement selon la revendication 8, où le détecteur comporte un photodétecteur pour détecter des signaux lumineux correspondant aux battements du cœur du patient, et où la sortie du photodétecteur est dirigée sur l'amplificateur.