FR2568351A1

FR2568351A1 - Regulateur d'ecoulement

Info

Publication number: FR2568351A1
Application number: FR8412069A
Authority: FR
Inventors: Kenneth J Baker; Keith E Buck; Irving C Chase; Robert B Fraser; Clive Miles
Original assignee: Thoratec LLC
Current assignee: Thoratec LLC
Priority date: 1984-07-30
Filing date: 1984-07-30
Publication date: 1986-01-31

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN REGULATEUR D'ECOULEMENT DESTINE PRINCIPALEMENT A L'ANALYSE DE GAZ RESPIRATOIRES. IL COMPORTE UN CONDUIT 12 RACCORDE A UN CONDUIT 6 DANS LEQUEL CIRCULE LE GAZ A ANALYSER, A UN ANALYSEUR 14 DE GAZ ET A UNE SOURCE 21 DE VIDE. UN AUTRE GAZ PEUT ETRE INTRODUIT, PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE VALVE REGLABLE 31, DANS LE CONDUIT 12, EN UN POINT SITUE EN AMONT DE LA SOURCE DE VIDE. POUR EMPECHER CET AUTRE GAZ DE CIRCULER VERS L'AMONT, EN DIRECTION DE L'ANALYSEUR 14 DE GAZ, LE CONDUIT 12 EST REALISE DANS DES DIMENSIONS TELLES QU'IL PRESENTE UN NOMBRE DE PECLET AU MOINS EGAL A 4, ET DE PREFERENCE A PEU PRES EGAL A 6. DOMAINE D'APPLICATION: ANALYSEURS DE GAZ RESPIRATOIRES.

Description

L'invention concerne un régulateur d' écoulement destiné principalement à l'analyse des gaz de la respiration.

L'invention concerne plus particulièrement un régulateur d' écoulement canprenant une source de gaz à analyser, une source de vide, un conduit, des moyens destinés à relier une première extrémité du conduit à la source de gaz, des moyens destinés à relier extrémité du conduit à la source de vide, une conduite,des moyens destinés à relier une première extrémité de la conduite à la première extrémité du conduit, des moyens destinés à relier l'autre extrémité de la conduite à la source de vide , un analyseur de gaz, des moyens destinés à relier l'analyseur de gaz à la conduite , entre la première extrémité du conduit et la source de vide, des moyens d'admission d'un autre gaz dans le conduit,en un point prédéterminé entre ladite extrémité du conduit et la source de vide, le conduit présentant un nombre de Péclet d'au moins 4 entre sa première extrémité et ledit point prédéterminé.

L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est un schéma, avec arrachement partiel et coupe partielle, du régulateur d' écoulement selon l'invention.

Il est souvent souhaitable de contrôler les gaz, par exemple l'oxygène, utilisés par des patients sous ventilation assistée, au cours d'une hospitalisation, ou bien lors d'un test. Ces gaz sont parfois appelés ici "le gaz". Le contrôle s'effectue avantageusement pendant l'inhalation et l'exhalation afin de déterminer les composants ou constituants du gaz concerné. Il est utile de suivre une procédure d'essai rigoureuse à l'aide d'un analyseur approprié et précis, conçu de manière que des variations affectant le gaz de la respiration ne provoquent pas d'interruption du processus de contrôle, l'analyseur étant disposé de façon à permettre des conditions d'essai uniformes ou presque uniformes.

Pour établir un tel environnement de test ou environnement contrôlé, on peut utiliser, par exemple, un tube respiratoire 6. Celui-ci est relié, à une première extrémité, au patient de toute manière connue, par exemple par un masque facial, et son autre extrémité est raccordée conformément à la pratique normale. Le gaz s'écoule dans le tube respiratoire 6 de façon alternée, en sens opposés, à des instants différents du cycle respiratoire du patient, comme indiqué par la flèche 7.

Pour échantillonner ce ou ces gaz , un tube 8 coupe le tube 6 en un point approprié et porte avantageusement un robinet 9 de réglage permettant de faire varier la section d'écoulement. Le tube 8 conduit, par l'intermédiaire d'un raccord 11, à un conduit 12 faisant partie d'une première branche du circuit. Un raccord 13, débouchant en un premier point prédéterminé dans le conduit 12, est relié à un analyseur 14 de gaz de tout type approprié. L'analyseur est lui-même relié par des raccords 16 à un tube 17 faisant partie d'une autre branche du circuit, parallèle au conduit 12. Les branches,comprenant le conduit 12 et le tube 17, forment des trajets doubles permettant un écoulement simultané du gaz.Le tube 17 est relié par un tube 18 à un bloc 19 communiquant avec une source 21 de vide ou de pression inférieure à celle de l'atmosphère, avantageusement tout type de pompe à vide bien connu et, en particulier, une pompe à deux étages. Le conduit 12 est relié, en un second point prédéterminé, par un raccord en T 22 et une valve 23 de régulation, à un accouplement 24. Ce dernier est lui-même relié au bloc 19 et il communique ainsi avec la source de vide 21. L'extrémité du conduit 12, le raccord en T 22, la valve 23, l'accouplement 24 et le bloc 19 constituent un premier circuit, branchement, trajet d'écoulement ou canal vers la source de vide 21. Le conduit 12, le raccord 13, l'analyseur de gaz 14, les raccords 16, les tubes 17 et 18 et le bloc 19 constituent un second circuit, branchement, trajet d'écoulement ou canal séparé vers la source de vide 21.

Un transducteur 26 de pression, relié au bloc par un tuyau 27, communique également avec le bloc 19 et est soumis à l'influence des branches de circuit associées. Le transducteur 26 a pour effet d'appliquer un signal électrique à un conducteur 28, le signal conrrespondant à la pression effective appliquée au transducteur 26. Le signal du conducteur 28 est transmis par un serv#rnécanisme 29 qui mande un robinet 31, avantageusement à actionnement magnétique. Le robinet 31 est relié par son entrée à un tube 32 ouvert à l'atmosphère et passant à travers un filtre bactérien 33.

La sortie 34 du robinet 31 est reliée au raccord en T 22.

Etant donné que le robinet 31 est commandé par un signal provenant du transducteur 26 par l'intermédiaire du conducteur 28 et du circuit 29 d'asservissement, puis par un conducteur 36, la position du robinet 31 et l'écoulement de l'atmosphère vers le raccord en T 22 et au-delà de ce dernier sont placés sous la commande du transducteur 26 de pression.

Un transducteur de pression ou manomètre 41, indiquant la pression instantanée dans le tube 12, est également raccordé à ce dernier, de préférence à proximité du raccord 13 de l'analyseur de gaz.

Conformément à l'invention, le conduit 12 est réalisé de façon particulière. La longueur et les dimensions internes du conduit 12 sont telles que le nombre de Péclet de ce conduit 12 est de préférence d'environ 6 ou plus et qu'il est supérieur à environ 4. Le nombre de Péclet est un nombre sans dimension exprimant la relation de l'amplitude du transport de masse du gaz dans le tube 12 par l'écoulement en volume dû à la vitesse du gaz et par la diffusivité du gaz.

Il est exprimé de la façon suivante
nombre de Péclet = VL
D
V = écoulement du gaz, en cm/s L = longueur caractéristique du trajet d'écoulement, en cm
D = diffusivité de masse, en cm2/s.

Par des travaux antérieurs portant sur ce dispositif, on a noté que l'azote utilisé comme gaz de compensation de pression ou gaz d'appoint, et arrivant par l'entrée 32 dans le raccord en T 22, se diffuse vers l'amont, contre le gaz de respiration (oxygène) circulant vers l'aval, et qu'il contaminait ainsi le gaz de respiration entrant dans l'analyseur 14 de gaz. Ceci avait pour effet de fausser les mesures.

Une étude de la diffusion du gaz, et en particulier de la diffusivité de masse, s'en est suivie. On peut estimer la diffu sivité d'un gaz à l'aide de la relation suivante

où
T = température (T K) en degrés Kelvin
M = poids moléculaire
P = pression en Pa.10
distance d'interaction entre molécules en nm
QD AB = relation sans dimension entre la température et
le champ intramoléculaire.

A l'aide des informations empiriques données dans l'ouvrage de Bird, Steward et Lightfoot, "Transport Phenomena" (John Wiley & Sons, 1960), les valeurs MAB et QDAB peuvent être déterminées pour l'oxygine et l'azote. Si T = 2980K et
P = 133,322 Pa, soit 1/760 de la pression atmosphérique, on détermine que DAB = 165 cm2/s.

Avec cette estimation, une distance représentative (L > axialement au conduit 12, comprise approximativement entre le centre du raccord 13 et le centre du raccord en T 22, est d'environ 13 cm. Le diamètre du conduit 12, dans un cas, est choisi à l'avance comme étant de 9,525 mm. Le débit d'écou- lement est de 5 ml/min dans des conditions normales de température et de pression. La pression est de 133,322 Pa, V est de 89 cm/s, le nombre de Péclet est d1environ 6,0 et aucun écoulement de gaz contaminant vers l'amont ne se produit alors.

Le nombre de Péclet peut être choisi à toute valeur souhaitée suivant une relation correspondante des facteurs concernés. En pratique, si une certaine contamination est tolérable, le nombre de Péclet peut descendre à environ 4 ou 5, mais la valeur 6 est apparue acceptable pour l'absence de contamination dans les conditions décrites. Bien que les proportions et les relations puissent être établies de façon à donner des nombres de Péclet encore plus élevés, par exemple 10, aucun avantage particulier en ce qui concerne la contamination n'est obtenu au-dessus de la valeur d'environ 6. Lorsque l'on observe les relations indiquées ci-dessus, le dispositif fonctionne de façon acceptable.

Le tube 6 étant raccordé et agencé sous la forme d'une conduite de respiration naturelle ou forcée pour un individu, et la valve 23 étant- réglée à une valeur choisie afin d'établir le degré souhaité de résistance, et le circuit étant mis en fonctionnement et la pompe à vide 21 étant mise en marche, du gaz s'écoule du robinet 9 d'étranglement vers la source de vide 21 et une chute de pression correspondante apparaît. Un écoulement se-produit du tube 6 de respiration à travers le raccord 13 et à travers l'analyseur de gaz 14, car ce dernier est également raccordé par les tubes 17 et 18 et le bloc 19 à la source de vide 21.

Un écoulement continu pénètre dans l'analyseur de gaz, de sorte que ce dernier peut donner une indication instantanée et actuelle du gaz respiratoire s'écoulant à travers lui. La pression du gaz dévié est indiquée par le manomètre 41. La pression et l'écoulement dans le tube 6 peuvent tendre à varier sensiblement. Ceci dépend en partie des raccordements effectués sur ce dernier, à savoir si un patient seul est raccordé au tube respiratoire, ou Si un dispositif respiratoire est également utilisé.

L'écoulement général du gaz s'effectue par le conduit 12 de la gauche vers la droite sur la figure et vers la source de vide. Le débit d'écoulement est régulé en partie par la position et l'étranglement du robinet variable 23. Les écoulements provenant de la branche contenant le conduit 12 et de la branche contenant les tubes 17 et 18 se rejoignent dans le bloc 19 et cette pression est transmise par le tube 27 au transducteur 26 de pression. Des variations de cette pression font apparaître des signaux transmis par le conducteur 28 et le circuit d'asservissement 29, puis le conducteur 36 à la valve 31. Cette dernière s'ouvre et se ferme de façon correspondante, au moins partiellement, de façon à faire varier l'écoulement d'admission de l'air atmosphérique (ou autre gaz d'alimentation) dans la prise 32, le filtre 33 et, à travers la valve 31, dans le raccord en T 22.

L'écoulement d'entrée atmosphérique est avantageusement en quantité telle que la pression régnant dans le conduit 12, par exemple, est maintenue aussi proche que possible d'une valeur constante. Une certaine partie de cet air d'admission arrive à la source 21 de vide en passant par la valve 23. Une certaine partie de cet air tend à se déplacer par diffusion vers l'amont ou du raccord en T 22 vers le raccord 13, c'est-à-dire à oontre-courant ou en sens opposé à celui de l'acoulement du gaz d'entrée provenant du tube respiratoire 6. Le conduit 12, dans ces conditions et à moins de dispositions spéciales, est soumis à des écoulements de gaz simultanément dans les deux sens. L'un des écoulements, dû à la chute de pression, part de la gauche sur la figure, c'està-dire du raccord 11, par exemple, vers le raccord en T 22.

L'autre écoulement est un écoulement par diffusion moléculaire dirigé vers la gauche sur la figure, du raccord en T 22 vers le raccord 11. L'écoulement dû à la chute de pression et l'écoulement par diffusion moléculaire sont acceptables dans certaines conditions, mais, dans d'autres conditions, ils sont très nuisibles car l'air de l'atmosphère, par exemple, pénètre dans l'analyseur de gaz et contamine l'échantillon de gaz respiratoire arrivant du tube 6 à l'analyseur, ce qui occulte ou empêche l'obtention de résultats précis.

Pour empêcher ou limiter particulièrement cette contamination par un écoulement moléculaire vers l'amont, les dimensions ou configurations du conduit 12 sont limitées avec précision afin d'établir un nombre de Péclet tel qu'indiqué ci-dessus. Dans les conditions décrites, la diffusion moléculaire de l'air vers l'amont, du raccord en T 22 vers le raccord 11,n'est pas supérieure à l'écoulement vers l'aval du gaz respiratoire du raccord 11 vers le raccord en T 22.

Le gaz arrivant du tube d'entrée 32 au raccord en T 22 ne diffuse pas vers l'amont dans le conduit 12 et ne peut donc entrer par le raccord 13 dans l'analyseur 14 et contaminer ainsi le gaz respiratoire en cours de test, de sorte qu'il ne peut affecter les résultats de l'analyseur de gaz 14.

Grâce à cet agencement, il est donc possible, malgré les variations de vitesse et de pression du gaz respiratoire provenant du tube respiratoire 6, d'obtenir une analyse de gaz remarquablement précise dans l'analyseur 14 en maintenant une pression appropriée dans un écoulement passant dans le conduit 12, et en évitant toute contamination par un autre gaz pouvant être admis pour ajuster ou maintenir la pression à l'intérieur du conduit 12.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au régulateur d'écoulement décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Régulateur d'écoulement, caractérisé en ce qu'il comporte une source (6) de gaz à analyser, une source de vide (21), un conduit (12), des moyens (11) destinés à relier une première extrémité du conduit à la source de gaz, des moyens (22, 24) destinés à relier l'autre extrémité du conduit à la source de vide, une conduite (17, 18), des moyens (13) destinés à relier une première extrémité de cette conduite à la première extrémité du conduit, des moyens (19) destinés à relier l'autre extrémité de la conduite à la source de vide, un analyseur (14) de gaz, des moyens (13, 16) destinés à raccorder l'analyseur de gaz dans ladite conduite, entre ladite première extrémité du conduit et la source de vide, des moyens (31, 34) destinés à admettre un autre gaz dans le conduit, en un point prédéterminé situé entre ladite première extrémité du conduit et la source de vide, et ledit conduit ayant un nombre de Péclet d'au moins 4 entre sa première extrémité et ledit point prédéterminé.

2. Régulateur d'écoulement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (9) destiné à étrangler l'écoulement du gaz à partir de la source de gaz.

3. Régulateur d'écoulement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il-comporte un élément (23) destiné à obturer ledit conduit pour réduire l'écoulement vers la source de vide.

4. Régulateur d'écoulement selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte une valve variable (31) faisant partie des moyens d'admission d'un autre gaz.

5. Régulateur d'écoulement selon la revendication 4, -caractérisé en ce qu'il comporte un transducteur (26) de pression soumis à la pression régnant dans le conduit et agissant sur ladite valve variable.

6. Régulateur d'écoulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit conduit présente un nombre de Péclet d'environ 6 entre ladite première extrémité de ce conduit et ledit point prédéterminé.