FR2895266A1 - Dispositif d'assistance respiratoire a deshumidification active - Google Patents
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Abstract
Un dispositif d'assistance respiratoire comportant une déshumidification active du gaz respiratoire est caractérisé par un refroidisseur de gaz respiratoire se présentant sous la forme d'un élément Peltier (16), dont le côté chaud est situé dans la branche d'inspiration (4, 7) et dont le côté froid (18) est situé dans la branche d'expiration (5, 12).
Description
L'invention concerne un dispositif d'assistance respiratoire comportant
une branche d'inspiration et une branche d'expiration. Il existe de nombreuses possibilités de tempérer et d'humidifier l'air respiratoire. Le but, dans ce cas, est d'apporter au patient de l'air humide et réchauffé. Quand il s'agit d'humidifier le gaz respiratoire, le problème est d'adapter l'humidité introduite à la vitesse d'écoulement et au débit gazeux. II est indispensable de procéder à cette adaptation pour, d'une part, éviter une surchauffe du gaz respiratoire et, d'autre part, pour largement empêcher une formation d'eau de condensation. On connaît des humidificateurs de gaz respiratoire dans lesquels de l'eau est chauffée dans un réservoir d'eau et est introduite dans le gaz respiratoire circulant sous la forme de vapeur d'eau. Pour assurer la déshumidification et l'évacuation de l'eau de condensation sont prévus des pièges à eau ou des produits siccatifs qui collectent passivement l'eau de condensation présente sur l'appareil. II n'est cependant pas possible d'éviter la formation, malgré tout, d'eau de condensation à l'intérieur du système d'assistance respiratoire. Pour réduire la formation d'eau de condensation à l'intérieur du système d'assistance respiratoire, on connaît des feuilles chauffantes permettant de chauffer une large surface du système d'assistance respiratoire. Dans un circuit d'assistance respiratoire fermé, ce qui rend l'anesthésie plus compliquée, c'est qu'en raison de l'absorption de dioxyde de carbone dans l'absorbeur de gaz carbonique, de l'humidité supplémentaire apparaît et doit être retirée du système. Pour réduire l'humidité dans le gaz respiratoire, on connaît des systèmes de filtrage qui, sous la forme d'un échangeur de chaleur, réchauffent le gaz inspiré et retirent l'humidité du gaz expiré. L'humidité contenue dans le gaz respiratoire, qui est stockée dans le filtre, est réintroduite dans le gaz inspiré lors de l'inspiration suivante. Un filtre de ce type est connu par le document EP 533 644 A2. Le filtre connu présente l'inconvénient que seule une quantité limitée d'humidité peut être stockée.
L'invention a pour but de fournir un dispositif d'assistance respiratoire maintenant l'humidité contenue dans le gaz respiratoire dans des limites qui conviennent au patient, sans que la formation d'eau de condensation soit incontrôlée. Ce but est atteint grâce à un dispositif d'assistance respiratoire comprenant une branche d'inspiration, une branche d'expiration et un refroidisseur de gaz respiratoire monté dans la branche d'expiration.
Il est prévu, conformément à l'invention, un refroidisseur de gaz respiratoire, qui fait chuter de quelques degrés la température du gaz respiratoire dans la branche d'expiration, afin d'y abaisser de façon contrôlée le point de condensation et de provoquer la formation d'eau de condensation.
L'eau condensée peut y être récoltée et retirée du circuit de respiration artificielle, par exemple au moyen d'un piège à eau. Avantageusement, un élément Peltier est utilisé comme refroidisseur de gaz respiratoire. Dans ce cas, le gaz respiratoire d'expiration est activement refroidi par le côté froid de l'élément Peltier, tandis que le côté chaud de l'élément Peltier est placé dans la branche d'inspiration et réchauffe le gaz inspiratoire. Conformément à une variante d'exécution de l'invention, il est prévu de placer, dans la branche d'expiration, un élément Peltier supplémentaire dont le côté froid est exposé au courant de gaz expiré, tandis que le côté chaud est refroidi par un ventilateur dont la vitesse de rotation est commandée. La régulation de la vitesse de rotation du ventilateur, ainsi que l'alimentation en puissance de l'élément Peltier supplémentaire peuvent être dérivées, dans ce cas, du modèle d'assistance respiratoire du respirateur ou l'utilisateur peut les faire varier manuellement de telle sorte que le degré de déshumidification souhaité soit atteint. Pour cela, il est utile que le côté chaud de l'élément Peltier supplémentaire soit disposé dans un canal parcouru par de l'air de refroidissement. Avantageusement, le refroidisseur de gaz respiratoire fait partie d'un système d'assistance respiratoire susceptible d'être couplé au dispositif d'assistance respiratoire. De préférence, le refroidisseur de gaz respiratoire est conformé en composant susceptible d'être couplé à un système de tuyaux respiratoires. II est possible d'envisager de multiples possibilités pour faire varier la puissance électrique de l'élément Peltier. Ainsi, par exemple, la puissance électrique fournie à l'élément Peltier peut être maintenue à un niveau bas au cours de la phase de démarrage d'une anesthésie, étant donné que le courant de gaz respiratoire est encore relativement sec à ce moment-là. Dans ce cas, il suffit de refroidir légèrement le courant de gaz expiré, pour éliminer l'humidité.
Il est particulièrement avantageux que, lors de la phase de fonctionnement, l'apport de puissance électrique à l'élément Peltier soit commandé de façon proportionnelle au courant de gaz respiratoire. Cela permet d'obtenir une déshumidification particulièrement efficace du gaz expiré. Avantageusement, l'élément Peltier reçoit des données de commande d'une unité de commande du dispositif d'assistance respiratoire.
Comme alternative à une commande pré-proportionnelle de l'alimentation en puissance de l'élément Peltier, il est également possible de régler manuellement, à l'aide d'un organe de réglage, une puissance moyenne qui est adaptée au fonctionnement stationnaire. Lors de la phase d'introduction ou d'achèvement de l'anesthésie, le réglage de la puissance peut être ajusté individuellement par l'utilisateur. Avantageusement, le détecteur de gaz respiratoire est relié directement à un système de tuyaux respiratoires. Mais il existe également la possibilité d'intégrer le détecteur de gaz respiratoire dans un système d'assistance respiratoire, de sorte que l'utilisateur n'a aucun composant supplémentaire à l'extérieur du système d'assistance respiratoire.
Un exemple d'exécution de l'invention est représenté sur le dessin et va maintenant être expliqué plus en détail. Sur le dessin : La figure 1 représente un système formant circuit de gaz respiratoire équipé d'un élément Peltier servant de refroidisseur de gaz 20 respiratoire, La figure 2 représente une variante d'exécution comportant deux éléments Peltier disposés en V l'un par rapport à l'autre, La figure 3 représente une variante d'exécution d'un refroidisseur de gaz respiratoire selon la figure 2, comprenant un canal parcouru par de l'air 25 de refroidissement, La figure 4 représente un premier dispositif de refroidissement comprenant une unité d'équilibrage de température pour le gaz respiratoire, destinée à l'élément Peltier, La figure 5 une variante d'exécution du premier dispositif de 30 refroidissement selon la figure 4, avec commande de la puissance à partir d'un dispositif d'assistance respiratoire, La figure 6 représente un deuxième dispositif de refroidissement équipé d'un élément Peltier supplémentaire, La figure 7 représente le dispositif de refroidissement selon la 35 figure 6, avec commande à partir d'un dispositif d'assistance respiratoire, La figure 8 représente une variante d'exécution par rapport à la figure 1, comprenant un refroidisseur de gaz respiratoire séparé du système formant circuit de gaz respiratoire. La figure 1 représente, de façon schématique, un dispositif d'assistance respiratoire 1 destiné à un patient 2, dans lequel un système d'assistance respiratoire 3, pourvu d'un circuit pour l'air respiratoire qui traverse un tuyau d'inspiration 4, un tuyau d'expiration 5 et un élément en Y 6, est relié au patient 2. Dans une conduite d'inspiration 7 du système d'assistance respiratoire 3 se trouvent un soufflet d'assistance respiratoire 8, un absorbeur de gaz carbonique 9, un ventilateur 10, une soupape d'inspiration 11 et une conduite d'expiration 12 reliée à la conduite d'inspiration 7, une soupape de sortie du gaz excédentaire 13, une soupape PEEP (pression finale positive d'expiration) 14, et une soupape d'expiration 15. La conduite d'inspiration 7 et la conduite d'expiration 12 sont thermiquement couplées par l'intermédiaire d'un élément Peltier 16. Dans ce cas, le côté chaud 17 de l'élément Peltier 16 est situé dans la conduite d'inspiration 7 et le côté froid 18 dans la conduite d'expiration 12. Grâce à l'élément Peltier 16, le gaz respiratoire présent dans la conduite d'inspiration 7, qui est amené par le ventilateur 10 à circuler à une température d'environ 35 , est chauffé à un peu plus de 37 C. Dans la conduite d'expiration 12, le gaz expiré par le patient 2 est refroidi à environ 35 C, à travers le côté froid 18 de l'élément Peltier 16, ce qui provoque une condensation de l'humidité, et peut être évacué par un piège à eau qui n'est pas représenté en détail. L'élément Peltier 16 a une consommation de puissance d'approximativement 5 Watts, le côté froid 18 ayant une superficie d'environ 100 cm2 et la superficie du côté chaud 17 étant légèrement supérieure à cette valeur. Selon une première variante d'exécution 20 d'un détecteur à effet Peltier selon la figure 2, deux tronçons de canal d'inspiration 23, 24 et un canal d'expiration 25 sont délimités par des éléments Peltier 21, 22 disposés en V. Les côtés chauds 26, 27 des éléments Peltier 21, 22 sont ici respectivement situés dans les tronçons de canal d'inspiration 23, 24, tandis que les côtés froids 28, 29 des éléments Peltier 21, 22 délimitent le canal d'expiration 25. L'eau condensée est évacuée par une conduite de récupération de l'eau de condensation 19. Une deuxième variante d'exécution 30 représentée à la figure 3 se différencie de la première variante d'exécution 20 selon la figure 2 en ce que le tronçon de canal d'inspiration 23 gauche est conformé en canal traversé par de l'air de refroidissement, dans lequel le côté chaud 26 de l'élément Peltier gauche 21 est pourvu de nervures de refroidissement 31. Un ventilateur 32 fait circuler de l'air de refroidissement à travers le canal 23, suivant le sens de la flèche 33. On obtient ainsi une puissance frigorifique plus élevée de l'élément Peltier gauche 21, dans le tronçon de canal d'expiration 25. La figure 4 représente schématiquement la structure d'un premier dispositif de refroidissement 40, dans lequel le côté chaud 42 d'un élément Peltier 41 est situé dans le tuyau d'inspiration 4 et le côté froid 43 dans le tuyau d'expiration 5. Le sens d'écoulement du gaz respiratoire est représenté par les flèches 44, 45. Le tuyau d'inspiration 4 est pourvu d'une spirale chauffante 46 qui sert à chauffer le tuyau, spirale qui est reliée, par un accouplement à enfichage 47, à une unité de régulation de la température du gaz respiratoire 48. Un détecteur de température du gaz respiratoire 49 détecte la température du gaz respiratoire à l'extrémité de la spirale chauffante 46. La spirale chauffante 46 est alimentée en énergie électrique par un câble de raccordement 50 qui s'étend entre l'unité de régulation de la température du gaz respiratoire 48 et l'accouplement à enfichage 47. La valeur effective de température du gaz respiratoire qui est détectée par le détecteur de température 49 parvient, par l'intermédiaire d'un circuit d'acheminement de signaux 51, à l'unité de régulation de la température du gaz respiratoire 48. Un premier détecteur de température à effet Peltier 52 détecte la valeur effective de température du côté chaud 42 de l'élément Peltier 41. Une première unité de commande Peltier 53, qui reçoit la valeur mesurée du détecteur de température 52, fournit, par l'intermédiaire d'une ligne d'alimentation 54, de la puissance électrique à l'élément Peltier 41. Par l'intermédiaire d'un élément de réglage 55 de la puissance de chauffage ou de refroidissement de l'élément Peltier 41, l'unité de commande Peltier 53 reçoit une prescription de la puissance électrique qu'il convient de fournir à l'élément Peltier 41. Le détecteur de température 52 détecte la valeur effective de température du côté chaud 42 de l'élément Peltier 41 et la première unité de commande Peltier 53 calcule, à partir de celle-ci, une prescription de valeur de consigne 56 destinée à l'unité de régulation de la température du gaz respiratoire 48 afin que soit atteinte, à l'extrémité de la spirale chauffante 46, une température du gaz respiratoire comprise entre 37 C et 38 C. La première unité de commande Peltier 53 et l'unité de régulation de la température du gaz respiratoire 48 constituent, ensemble, une première unité d'équilibrage de la température du gaz respiratoire 57. L'élément de réglage 55 est conformé en potentiomètre ou en clavier dont l'utilisateur peut se servir. L'élément de réglage peut également se présenter, conformément à la figure 5, sous la forme d'une ligne d'acheminement de données 58 bidirectionnelle, qui est reliée au dispositif d'assistance respiratoire 1 et qui en reçoit des valeurs de consigne appropriées pour activer l'élément Peltier 41. A cet effet, la ligne d'acheminement de données 58 est reliée à une unité de commande 59 du dispositif d'assistance respiratoire 1, figure 1. Un deuxième dispositif de refroidissement 60, représenté à la figure 6, possède, par rapport au premier dispositif de refroidissement 40 selon la figure 4, un élément Peltier supplémentaire 61, dont le côté froid 62 est disposé dans le tuyau d'expiration 5 et le côté chaud 63 est disposé, avec le ventilateur 32, dans un canal d'écoulement 64. Les côtés froids 43, 62 des éléments Peltier 41, 61 refroidissent ensemble le gaz respiratoire présent dans le tuyau d'expiration 5. La présence de l'élément Peltier 61 supplémentaire permet de baisser plus fortement la température dans le tuyau d'expiration 5.
Un deuxième détecteur de température à effet Peltier 65, qui détecte la température du côté chaud 63 de l'élément Peltier 61, est relié à une deuxième unité de commande Peltier 66, qui fournit une valeur de consigne 67 destinée à un régulateur de vitesse 68 qui commande le ventilateur 32. La deuxième unité de commande Peltier 66 et l'unité de régulation de la température du gaz respiratoire 48 constituent, ensemble, une unité d'équilibrage de la température du gaz respiratoire 69. Les mêmes composants sont désignés par les mêmes références qu'aux figures 3 et 4. Le deuxième dispositif de refroidissement 601, variante d'exécution qui est représentée à la figure 7, se distingue du deuxième dispositif de refroidissement 60 selon la figure 6 par la ligne d'acheminement de données 58 bidirectionnelle qui est reliée à l'unité de commande 59 du dispositif d'assistance respiratoire 1. Par la ligne d'acheminement de données 58, la deuxième unité de commande Peltier 66 reçoit des valeurs de consigne pour commander les éléments Peltier 41, 61.
La figure 8 représente une variante d'exécution du dispositif de refroidissement de la figure 1, dans laquelle un refroidisseur de gaz respiratoire 100, avec l'élément Peltier 16, est séparé du système d'assistance respiratoire 3. Le refroidisseur de gaz respiratoire 100 est conformé en composant susceptible d'être couplé au système de tuyaux respiratoires (4, 5).
Claims (9)
1. Dispositif d'assistance respiratoire comprenant une branche d'inspiration (4, 7), une branche d'expiration (5, 12) et un refroidisseur de gaz 5 respiratoire (16, 22) monté dans la branche d'expiration (5, 12).
2. Dispositif d'assistance respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidisseur de gaz respiratoire est conformé en élément Peltier (16, 22, 41).
3. Dispositif d'assistance respiratoire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le côté chaud (17, 27, 42) de l'élément Peltier (16, 22, 41) se situe dans la branche d'inspiration (4, 7). 15
4. Dispositif d'assistance respiratoire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la branche d'expiration (5, 12), en tant que refroidisseur du gaz respiratoire, présente un élément Peltier (21, 61) supplémentaire, dont le côté froid (28, 63) est exposé au courant de gaz respiratoire expiré. 20
5. Dispositif d'assistance respiratoire selon la revendication 4, caractérisé en ce que le côté chaud (26, 63) de l'élément Peltier supplémentaire (21, 61) se situe dans un canal (23) parcouru par de l'air froid.
6. Dispositif d'assistance respiratoire selon l'une des 25 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le refroidisseur de gaz respiratoire (16, 22) fait partie d'un système d'assistance respiratoire (3) susceptible d'être couplé au dispositif d'assistance respiratoire.
7. Dispositif d'assistance respiratoire selon l'une des 30 revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le refroidisseur de gaz respiratoire (16, 22) est conformé en composant (100) susceptible d'être couplé à un système de tuyaux respiratoires (4, 5).
8. Dispositif d'assistance respiratoire selon l'une des 35 revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une unité de commande apte à commander l'alimentation en puissance en direction de 10l'élément Peltier (16, 22, 41) en fonction du débit respiratoire.
9. Dispositif d'assistance respiratoire selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'unité de commande (59) 5 comprend des moyens conçus pour envoyer des données de commande à l'élément Peltier (16, 22, 41).
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