FR2727022A1 - Dispositif de commande d'assistance respiratoire - Google Patents

Abstract

Le dispositif est conçu pour injecter de l'air pressurisé dans le système respiratoire du patient (P) pendant les périodes d'inspiration. Le début de celles-ci est détecté par un capteur de pression (20) relié pneumatiquement (18) à une membrane (17) qui sert également à obturer la communication entre le système respiratoire du patient et l'atmosphère pendant l'inspiration, et à maintenir, le cas échéant, une pression expiratoire positive pendant l'expiration. L'effort inspiratoire demandé au patient pour déclencher l'assistance est très réduit même au cas où une pression respiratoire positive est imposée.

Description

La présente invention est relative à un appareillage

d'aide à la respiration.

Les techniques actuelles d'aide à la respiration sont

multiples, et varient selon les besoins du patient.

Dans certains cas, le patient respire à peu près normalement, et a seulement besoin de respirer un air enrichi en oxygène. L'appareillage peut comprendre alors des "lunettes respiratoires", c'est-à-dire un dispositif formé d'une monture de lunette sur laquelle sont fixés des petits tubes qui débouchent à l'intérieur des narines et sont reliés à une source d'oxygène débitant en continu. Cet oxygène se mélange à l'air inspiré dans la narine. Il s'agit d'un appareillage simple et peu coûteux, relativement facile

à porter.

Dans d'autres cas, il convient d'apporter une assistance au système musculaire qui commande la respiration. L'appareillage peut comprendre alors un masque relié à une source d'air sous une pression relative de l'ordre de 25 mbar au maximum, cette source étant équipée d'une vanne qui commande l'envoi de l'air pressurisé dans le système pulmonaire du patient pendant la phase d'inspiration. Pendant la phase d'expiration, une autre vanne relie le système pulmonaire à l'atmosphère, la vanne à air pressurisé étant alors fermée. Si le système musculaire, tout en étant insuffisant, est cependant actif, des capteurs détectent les phases d'inspiration et d'expiration et commandent les vannes en conséquence. Si le système musculaire est momentanément ou définitivement inerte, un organe de commande actionnera les vannes à une

cadence fixée par le médecin.

Si l'insuffisance musculaire s'ajoute à une insuffisance d'oxygénation, on pourra prévoir un dispositif pour mélanger de l'oxygène à l'air comprimé pendant au moins

une partie de la phase d'inspiration.

Parfois, il est nécessaire, au cours d'un processus d'aide à la respiration, de maintenir, même pendant la phase d'expiration, une certaine surpression à l'intérieur du système pulmonaire pour maintenir les alvéoles pulmonaires dans un état de plus grande ouverture. L'air sortant des poumons du patient lors de l'expiration devra, alors par exemple, être envoyé dans une enceinte maintenue sous ladite surpression, dite pression expiratoire positive, en abrégé

P.E.P.

Un dispositif d'aide à la respiration connu, par exemple celui qui est commercialisé par la demanderesse sous la dénomination "ARM 25", comprend: - un conduit flexible relié à une extrémité à une source d'air en surpression et à une deuxième extrémité à un masque apte à mettre le système pulmonaire d'un patient en communication avec ledit conduit, - un clapet anti-retour monté dans ledit conduit de façon à empêcher le passage d'air depuis le patient vers la source pendant une phase d'expiration, un passage de mise à l'atmosphère, porté par le masque et capable de relier le système pulmonaire du patient avec l'atmosphère, - une valve prévue sur ledit passage, et apte à ouvrir celui-ci pendant une phase d'expiration, - des moyens de commande aptes à déclencher la mise en action ou l'arrêt de la source d'air en surpression, la partie du conduit qui est en amont du clapet anti-retour étant à l'atmosphère lorsque ladite source n'est pas en action, - des moyens de commande, aptes à déclencher l'ouverture ou la fermeture de la valve, et - un capteur apte à détecter une phase d'inspiration et/ou une phase d'expiration et relié à un moyen de commande. Ce capteur est un capteur de débit placé sur le conduit, en aval du clapet anti-retour dans le sens de

circulation de l'air pressurisé.

Au début d'une période d'inspiration, le patient crée un premier débit d'air dans le conduit, et le capteur commande alors la mise en action de la source d'air pressurisé. A la fin de la période d'inspiration, le débit d'air dans le conduit s'arrête. Cet arrêt est détecté par le

capteur, qui commande l'arrêt de la source d'air pressurisé.

La pression de l'air expiré ferme alors le clapet anti- retour. Divers moyens peuvent être prévus pour ouvrir ou fermer la valve, l'ouverture ne se faisant que pour la suppression

convenable dans le cas d'un fonctionnement sous P.E.P.

Dans certains cas, le dispositif connu présente l'inconvénient suivant: au début d'une inspiration, avant que le capteur de débit détecte le premier débit d'air, le patient doit vider l'air du conduit et actionner le clapet anti-retour pour le mettre en position d'ouverture. Il en résulte, surtout dans le cas de fonctionnement sous P.E.P., un certain retard à la mise en action des moyens de fourniture d'air pressurisé, et en plus, l'effort demandé au

patient à chaque inspiration peut parfois être trop grand.

L'invention a pour but de fournir un appareillage qui permette la mise en action la plus rapide possible de la source d'air pressurisé à chaque inspiration, et qui réduise

au minimum les efforts imposés au patient.

Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un appareillage du type indiqué plus haut et dans lequel: - la valve est une valve à membrane déformable présentant une première face dont une partie est soumise à la pression à l'entrée du système pulmonaire du patient et le reste à la pression atmosphérique, et une seconde face qui est reliée pneumatiquement à un point de capture situé dans le conduit, en amont du clapet anti-retour (selon le sens de circulation de l'air dans le conduit), - le capteur apte à détecter une phase d'inspiration et/ou une phase d'expiration est un capteur de pression sensible à la pression qui agit sur ladite seconde face de la membrane, ce capteur étant relié à un organe de commande de la mise en action ou à l'arrêt de la source d'air en surpression pour lui transmettre des signaux de début

d'inspiration et/ou d'expiration.

La membrane selon l'invention assure en même temps deux fonctions distinctes: d'une part, elle agit comme un obturateur de valve qui maintient celle-ci fermée toutes les fois que la force exercée sur elle, sous l'effet de la différence entre les pressions qui agissent sur ses deux faces, est supérieure à la force de rappel de ladite membrane, et d'autre part, elle agit comme un transmetteur de la pression dans le masque vers le capteur sensible à la

pression.

Les moyens de liaison pneumatique associés à la membrane pour la relier au point de captage comprennent nécessairement une chambre dont une paroi est constituée par la membrane et une canalisation. Un tube souple de petit diamètre et une baudruche montée sur l'extrémité de ce tube peuvent constituer ces moyens de liaison. Ceux-ci remplissent, eux aussi, une double fonction: d'une part, en transmettant la pression au point de captage jusqu'à la membrane, ils constituent un moyen de commande simple et autonome de la valve. D'autre part, ils transmettent, de

façon directe, sans organe interposé comme le clapet anti-

retour, les variations de la pression agissant sur la

première face de la membrane.

Il en résulte une réponse très rapide du capteur au début d'une inspiration. On a déjà décrit, par exemple dans US-A-4.848.332, l'utilisation d'une membrane pour détecter le début d'une inspiration, mais le dispositif décrit alors est associé à une électronique complexe et coûteuse, destinée à commander la valve, qui est distincte de la

membrane.

Suivant une réalisation avantageuse, la valve est pourvue de moyens de rappel calculés pour que ladite valve s'ouvre seulement si, simultanément, la pression à l'entrée du système pulmonaire du client est supérieure à une pression expiratoire positive fixée à l'avance, et la pression sur la seconde face de la membrane est sensiblement

égale à la pression atmosphérique.

Avantageusement, pour une simplicité maximale les moyens de rappel de la membrane sont constitués par

l'élasticité de la membrane elle-même.

De préférence, dans le cas o la membrane est calculée pour s'ouvrir lorsque sa première face est soumise à une pression d'expiration positive fixée à l'avance, le capteur de pression est apte à émettre un signal lorsque la pression appliquée à la première face de la membrane passe de ladite pression d'expiration positive fixée à l'avance à une pression de début d'inspiration inférieure, mais supérieure

à la pression atmosphérique.

L'effort demandé au patient est ainsi réduit au maximum, puisque la dépression causée par l'inspiration n'est qu'une partie de la pression d'expiration positive,

laquelle est normalement peu élevée.

De préférence aussi, le capteur de pression est apte à émettre un signal de fin d'inspiration lorsqu'il détecte, au point de capture, une pression supérieure à une valeur fixée

à l'avance.

On obtient ainsi la plus grande simplicité. Un capteur de débit peut être maintenu sur le conduit, à des fins de

contrôle de fonctionnement ou d'enregistrement du débit.

Pendant la phase d'inspiration, la vanne est fermée, et, comme, du fait des pertes de charge dans le conduit, la pression P1 sur la première face est inférieure à celle P2 qui agit sur la deuxième face, la valve reste fermée. A l'arrêt de l'inspiration, le débit dans le conduit s'annule et les pressions agissant sur les deux faces de la membrane s'égalisent. Le clapet anti-retour se ferme, et la pression P2 sur la seconde face s'élève. Cette élévation de pression est décalée par le capteur qui commande l'arrêt de l'envoi d'air pressurisé. L'entrée du conduit se trouve alors à la pression atmosphérique. La pression P1 sur la première face se maintient, ou tend à s'élever du fait de l'expiration. La différence de pression entre les deux faces s'élève jusqu'à l'ouverture de la valve, qui agit ensuite au moyen du

maintien de la pression à la valeur fixe prévue.

Le début de l'inspiration entraîne une baisse de la pression agissant sur la membrane. Celle-ci se déplace, entraînant une baisse momentanée de la pression au niveau du capteur de pression. Celui-ci émet alors un signal commandant la remise en action des moyens de production

d'air pressurisé.

L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique, illustré avec les dessins, parmi lesquels: Figure i est un schéma théorique d'un respirateur

conforme à l'invention.

Figures 2 et 2A sont des diagrammes montrant les variations de pression et débit au cours de cycles respiratoires. Figures 3 à 5 sont des croquis illustrant les positions de la valve à membrane à différentes étapes du cycle respiratoire. L'appareillage décrit à titre d'exemple est dérivé d'un appareil analogue destiné à l'usage hospitalier, et

commercialisé par la demanderesse sous le nom de "ARM 25".

Le respirateur comprend deux parties, dont la première 1 est destinée à l'insufflation d'air pulsé dans le système respiratoire du patient P. Cette première partie comprend une entrée A, reliée à une source d'air comprimé. Un pressostat 3, un détendeur 4 et un robinet d'aide inspiratoire 5 permettent d'abaisser la pression établie par la source A jusqu'à une valeur réglable, choisie en fonction des besoins. Une électrovanne 6 permet d'interrompre et de rétablir à volonté le débit, de façon à constituer un régime pulsé. Un venturi 7 comprend une buse axiale 8, alimentée en air comprimé provenant de l'électrovanne 6, et une entrée d'air secondaire filtré 9, qui est entraîné par l'air sortant de la buse 8, quand celle-ci est alimentée. Le venturi 7 se prolonge par une conduite 10, jusqu'à un clapet anti-retour 11, au- delà de celui-ci, par une conduite 12 qui communique directement, à travers le masque, avec le système respiratoire du patient P. Cette conduite est équipée d'un capteur de débit à fil chauffant 13. On a représenté en 14 un manomètre et un capteur de pression, branchés sur le conduit 10, en aval du clapet anti-retour 11. Le conduit 10 débouche dans le corps d'un masque en communication permanente avec le système respiratoire 1 du patient. Le corps de masque comporte un orifice expiratoire 15, relié à l'air libre, et pourvu d'une vanne 16, disposée pour interrompre sa communication avec le corps de vanne en

dehors des périodes expiratoires.

La valve 16 est une valve à membrane, qui est constituée d'une baudruche dont une partie de la surface extérieure est soumise à la pression à l'intérieur du masque, alors qu'une autre partie de sa surface extérieure est mise à la pression atmosphérique. L'intérieur de la baudruche est relié, par une conduite 18, à un point de captage 19 situé dans le conduit 10, entre le venturi 7 et le clapet anti-retour 11. Un capteur de pression 20, dont on

expliquera le rôle plus loin, est monté sur le conduit 18.

La seconde partie 2 du respirateur, nettement plus simple, est destinée à introduire un supplément d'oxygène, (qui peut être un autre gaz de traitement) dans le système respiratoire 1 du patient. Il comprend une entrée B, reliée à une source d'oxygène, et un robinet 21 de dosage de l'oxygène en fonction des besoins. Une électrovanne 22 est intercalée sur un conduit 23 qui relie le robinet 21 au conduit 10, dans le corps de masque, de façon à envoyer de

l'oxygène dans le système respiratoire 1 du patient.

Un module électronique de commande 30 envoie des signaux de commande d'une part à l'électrovanne 6, par l'intermédiaire d'une ligne 31, et d'autre part, à l'électrovanne 22, par une ligne 32, ce qui permet une

synchronisation des ouvertures de ces deux électrovannes.

Le module 30 est également relié à des moyens 33 par lesquels il peut recevoir les consignes relatives au

traitement.

Tous les éléments de la première partie du respirateur, ainsi que les moyens de commande, se trouvent déjà dans le brevet US-A-5.000.173. La différence essentielle entre la disposition de ce brevet et celle de l'invention consiste en ce que, selon le brevet précité, l'organe de commande 30 est relié, par une ligne 34, représentée en tirets sur la figure, au capteur de pression 14, qui lui fournit les signaux nécessaires pour l'ouverture des électrovannes 6 et 22, lorsque le capteur 14 a détecté le début et/ou la fin

d'un cycle respiratoire.

Dans le dispositif selon l'invention, les signaux qui déclenchent l'ouverture des électrovannes 14 et 22 sont fournis par le capteur de pression 20, par l'intermédiaire de la ligne 35, représentée en trait plein sur la figure. La ligne 34 peut cependant être maintenue dans le dispositif conforme à l'invention, mais elle sert seulement dans ce cas à acheminer des signaux destinés à l'enregistrement et/ou à la surveillance du processus, sans servir pour le

déclenchement des électrovannes.

Les figures 3 à 5 permettent d'exposer plus clairement le fonctionnement de la vanne 16. A la figure 3, on est en période d'expiration, et on a supposé que la vanne a été réglée pour une PEP non nulle, par exemple 5 mbar. Cela signifie que dans le conduit 30, qui relie la vanne 16 directement au système pulmonaire du patient, il règne,

pendant l'expiration, une surpression P1 d'environ 5mbar.

Cette pression soulève légèrement la baudruche 17 de son siège 31, laissant échapper l'air vers la sortie à

l'atmosphère 15, comme indiqué par les flèches 32.

L'intérieur de la baudruche est à la pression atmosphérique.

En effet, par le conduit 18, l'intérieur de la baudruche est relié au venturi 7, lequel est ouvert sur l'atmosphère,

aucun débit ne passant par l'injecteur 8.

La figure 4 marque la fin d'une période d'expiration.

La pression dans le conduit 30 devient maintenant inférieure à la pression atmosphérique. Il en résulte que la baudruche 17 se déforme légèrement pour venir en appui sur son siège 31, ce qui entraine la fermeture de la vanne 16. La déformation de la baudruche entraine un appel d'air dans le conduit 18, et met par conséquent la partie de celui- ci qui est voisine de la baudruche en dépression. Cette dépression est bien entendu momentanée, mais elle peut être détectée

par le capteur de pression 20.

Les signaux émis par le capteur 20 vont, par l'intermédiaire du module de commande 30, déclencher l'ouverture de l'électrovanne 6 et, en conséquence, la mise en action du venturi. La pression dans le conduit 10 va augmenter, entraînant l'insufflation d'air dans le système pulmonaire du patient. Cette pression, qui peut être de l'ordre de 18 à 22 mbar, pour fixer les idées, est également transmise, par l'intermédiaire du conduit 18, à la baudruche 17 ainsi qu'au capteur 20. Cette surpression entraîne une nouvelle déformation de la baudruche, qui la met en appui plus serré sur son siège 31, et assure ainsi l'étanchéité du masque vis-à-vis de l'atmosphère pendant toute la période d'insufflation-inspiration. A la fin de cette période, l'électrovanne 6 est fermée,

et une nouvelle expiration commence de façon classique.

A la figure 2, le diagramme I montre l'évolution du débit détecté par le capteur de débit 13, dans un dispositif selon l'art antérieur. Le diagramme II montre la pression détectée dans le conduit 10 par le manomètre ou le capteur de pression 14, toujours selon l'art antérieur, et le diagramme III montre la pression détectée dans ce cas à l'intérieur du conduit 18, par l'intermédiaire d'un capteur

de pression 20 s'il était monté.

Les diagrammes IA, IIA, IIIA de la figure 2A montrent les mêmes mesures dans le cas du dispositif selon

l'invention.

Les diagrammes I, II, III montrent que, selon l'art antérieur, à l'instant tl qui marque la fin d'une période d'expiration, le patient se met à aspirer de l'air dans le conduit 10 jusqu'à l'instant t2, o la pression au capteur 14 devient négative, ce qui entraîne l'ouverture du clapet anti-retour 11 et l'établissement d'un premier débit positif dl. Ce débit dl est capté par le capteur 12, et déclenche le mécanisme d'aide respiratoire, c'est-à-dire l'ouverture de l'électrovanne 6 et la mise en action du venturi 7, ce qui commande l'envoi d'un débit d2 plus important dans le

système respiratoire du patient.

Au cours de la période d'inspiration, le débit détecté par le capteur 12 diminue à cause du remplissage progressif des poumons. Lorsque le capteur 12 détecte que ce débit est descendu jusqu'à une valeur d3 fixée à l'avance, il émet un signal de fin d'inspiration, qui entraîne la fermeture de

l'électrovanne 6, et le débit tombe à zéro (instant t3).

Le diagramme II montre que la pression dans le conduit , qui est égale à la pression PEP pendant la période d'expiration, devient négative au début de la période d'inspiration, jusqu'à l'instant t2 o l'ouverture de l'électrovanne 6 provoque une remontée rapide de la

pression, bien au-delà de PEP.

Le diagramme III montre que l'évolution de la pression dans le conduit 18 est similaire, à l'exception du fait que, pendant l'expiration, le conduit 18 est à pression apparente

nulle, car il est relié à l'atmosphère par le Venturi 7.

Si on se reporte maintenant à la figure 2A, qui montre les variations de débit et pression avec un dispositif conforme à l'invention, on observe que l'intervalle entre les instants tl et t2 est plus court (les échelles n'ont cependant pas été respectées). En effet, dès que le capteur a détecté une pression négative pl dans le conduit 18, voir courbe IIIA, il émet un signal de début d'inspiration, qui déclenche l'ouverture de l'électrovanne 6 et la remontée de la pression dans le conduit 12. La pression dans ce conduit n'a donc pas le temps de devenir négative, comme le montre la courbe IIA, et l'effort demandé au patient pour déclencher le processus d'assistance respiratoire pendant l'inspiration et considérablement réduit par comparaison avec la technique antérieure. Ce point est bien plus important que la réduction de l'intervalle de temps entre

les instants tl et t2.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'aide à la respiration, comprenant: - un conduit relié à une extrémité à une source d'air en surpression et à une deuxième extrémité à un masque apte à mettre le système pulmonaire d'un patient en communication avec ledit conduit, - un clapet anti-retour monté dans ledit conduit de façon à empêcher le passage d'air depuis le patient vers la source pendant une phase d'expiration, - un passage de mise à l'atmosphère, porté par le masque et capable de relier le système pulmonaire du patient avec l'atmosphère, - une valve prévue sur ledit passage, et apte à ouvrir celui-ci pendant une phase d'expiration, - des moyens de commande aptes à déclencher la mise en action ou l'arrêt de la source d'air en surpression, la partie du conduit qui est en amont du clapet anti-retour étant à l'atmosphère lorsque ladite source n'est pas en action, - des moyens de commande, aptes à déclencher l'ouverture ou la fermeture de la valve, et -un capteur apte à détecter une phase d'inspiration et/ou une phase d'expiration et relié à un moyen de commande, caractérisé en ce que: - la valve est une valve à membrane déformable présentant une première face dont une partie est soumise à la pression à l'entrée du système pulmonaire du patient et le reste à la pression atmosphérique, et une seconde face de la membrane étant reliée pneumatiquement à un point de

capture situé dans le conduit, en amont du clapet anti-

retour (selon le sens de circulation de l'air dans le conduit), - le capteur apte à détecter une phase d'inspiration et/ou une phase d'expiration est un capteur de pression sensible à la pression qui agit sur ladite seconde face de la membrane, ce capteur étant relié à un organe de commande de la mise en action ou à l'arrêt de la source d'air en surpression pour lui transmettre des signaux de début

d'inspiration et/ou d'expiration.

2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valve est pourvue de moyens de rappel calculés pour que ladite valve s'ouvre seulement si, simultanément, la pression à l'entrée du système pulmonaire du client est supérieure à une pression expiratoire positive fixée à l'avance, et la pression sur la seconde face de la membrane

est sensiblement égale à la pression atmosphérique.

3. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de rappel de la membrane sont

constitués par l'élasticité de la membrane elle-même.

4. Appareillage selon l'une des revendications 2 ou 3,

caractérisé en ce que le capteur de pression est apte à émettre un signal lorsque la pression sur la première face de la membrane passe de ladite pression d'expiration positive fixée à l'avance à une pression de début d'inspiration inférieure, mais supérieure à la pression

atmosphérique.

5. Appareillage selon l'une des revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que le capteur de pression est apte à émettre un signal de fin d'inspiration lorsqu'il détecte, au point de capture, une pression supérieure à une valeur fixée

à l'avance.

6. Appareillage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de débit sur le conduit, ce capteur étant relié à des moyens de contrôle de

fonctionnement de l'appareillage, ou d'enregistrement.