FR2974730A1 - Apparatus for use in recovery room for ventilation of respiratory tracts of patient, has shutter controlling flow of gas that is allowed to flow back in backflow pipe, where flow of gas is gas returning from pressurized gas outlet to inlet - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne appareil de ventilation d'un patient. L'invention concerne plus particulièrement un appareil de ventilation des voies respiratoires d'un patient, comprenant une turbine, un circuit patient destiné à transférer sélectivement à un patient le flux de gaz pressurisé produit par la turbine, l'appareil de ventilation comprenant en outre une vanne proportionnelle pilotée par un actionneur, ladite vanne proportionnelle étant disposée entre la turbine et le circuit patient, l'appareil comprenant un dispositif de commande et de traitement de données relié à la turbine et à l'actionneur, le dispositif de commande et de traitement de données étant conformé pour élaborer un signal de commande la turbine et de la vanne proportionnelle afin de délivrer au patient du gaz respirable selon des consignes déterminées de débit et de pression synchronisées avec le déclenchement des phases inspiratoires et expiratoires du patient, la turbine étant munie d'une entrée d'aspiration de gaz et une sortie de gaz pressurisé, l'appareil comprenant en outre une conduite de retour de gaz mettant en relation la sortie de gaz pressurisé à l'entrée d'aspiration pour recycler dans la turbine une partie du débit de gaz pressurisé. L'intégration d'une turbine dans un ventilateur médical présente de nombreux avantages. Ainsi, cela permet une totale autonomie en air de l'appareil contrairement aux systèmes traditionnels de réanimation, c'est à dire les systèmes alimentés par un réseau d'air. De tels ventilateurs à turbine sont ainsi utilisés de plus en plus fréquemment dans différents services : soins continus, salle de réveil... et jusqu'en réanimation. Plusieurs possibilités sont offertes aux fabricants lors de la conception d'un ventilateur intégrant une turbine. Un premier type d'appareil utilise une turbine seule pour assurer les cycles inspiratoire / expiratoires du patient. Un second type d'appareil associe une turbine à un actionneur proportionnel (vanne proportionnelle) pour assurer les cycles inspiratoires/expiratoires. Le premier type d'appareil permet de concevoir des dispositifs compacts à moindre coût. On retrouve essentiellement ces dispositifs à domicile ou bien dans les services d'urgence ou de réveil. Le second type d'appareil, plus complet, permet de remplir les mêmes fonctionnalités qu'un respirateur haut de gamme de réanimation et pourra être utilisé dans tous les segments d'un hôpital. L'inconvénient de ce second type d'appareil est le surcoût engendré par l'ajout d'un actionneur proportionnel à la sortie de la turbine. La présente invention concerne le second type d'appareil. The present invention relates to ventilating apparatus of a patient. The invention more particularly relates to a device for ventilating the respiratory tract of a patient, comprising a turbine, a patient circuit for selectively transferring the flow of pressurized gas produced by the turbine to a patient, the ventilation apparatus further comprising a proportional valve controlled by an actuator, said proportional valve being disposed between the turbine and the patient circuit, the apparatus comprising a control and data processing device connected to the turbine and to the actuator, the control device and the data processing being configured to develop a control signal for the turbine and the proportional valve to deliver breathable gas to the patient according to determined flow and pressure instructions synchronized with the initiation of the inspiratory and expiratory phases of the patient, the turbine being equipped with a gas suction inlet and a pressurized gas outlet, the apparatus further comprising a gas return line connecting the pressurized gas outlet to the suction inlet to recycle a part of the pressurized gas flow into the turbine. The integration of a turbine in a medical fan has many advantages. Thus, it allows a total autonomy in air of the device unlike traditional resuscitation systems, ie systems powered by an air network. Such turbine fans are thus used more and more frequently in various services: continuous care, recovery room ... and until resuscitation. Several possibilities are offered to manufacturers when designing a fan incorporating a turbine. A first type of device uses a single turbine to ensure the inspiratory / expiratory cycles of the patient. A second type of device combines a turbine with a proportional actuator (proportional valve) to ensure inspiratory / expiratory cycles. The first type of device makes it possible to design compact devices at a lower cost. These devices are mainly found at home or in emergency or wake-up services. The second type of device, more complete, allows to fulfill the same functions as a high-end resuscitation respirator and can be used in all segments of a hospital. The disadvantage of this second type of device is the additional cost generated by the addition of a proportional actuator to the outlet of the turbine. The present invention relates to the second type of apparatus.
Un problème posé par ce type d'appareil est le suivant : lors de la phase inspiratoire, la vanne proportionnelle est en position ouverte pour permettre à la turbine de débiter et administrer le gaz au patient. Lors de la phase expiratoire, la vanne proportionnelle se ferme et maintient un débit - appelé débit de rinçage, n'excédant généralement pas 5L/min. Le gaz étant lui-même un échangeur de chaleur, lorsque la turbine débite du gaz, le gaz évacue des calories et participe efficacement au refroidissement de la turbine. Cependant, lors de la phase d'expiration, lorsque les débits de gaz fournis 10 sont faibles, la turbine peut s'échauffer. Cet échauffement, s'il est trop important peut mener à la destruction du moteur de la turbine. De plus, lorsque les débits administrés au patient sont faibles il existe de nombreuses perturbations pneumatiques indésirables qui viennent altérer les mesures des capteurs de débits. 15 Pour résoudre ce problème, une première solution consiste à prévoir des systèmes de refroidissement du moteur par des caloducs associés à des ventilateurs de refroidissement. Cette solution, si elle fonctionne de façon satisfaisante, peut cependant être assez complexe à mettre en place et nécessite un certain nombre de composants supplémentaires. 20 Une seconde solution consiste à prévoir un débit de retour ou «de repique » entre la sortie de la turbine (en surpression) et l'entrée de la turbine (en dépression). Ce débit de gaz de retour, également appelé « bypass », permet, lorsque la valve inspiratoire est en position fermée (à l'expiration) de maintenir un débit plus 25 ou moins important en fonction du diamètre de ce retour. De cette façon, grâce à cette conduite de retour, la turbine aspire ce qu'elle a précédemment refoulé, ce qui permet un refroidissement du moteur. Cette solution a également l'avantage de placer la turbine dans une zone de fonctionnement nominale avec comme effet de limiter les perturbations pneumatiques. 30 L'inconvénient majeur de cette solution réside dans le fait que, lors des phases d'inspiration, une partie du débit de la turbine va être « perdu » par ce retour. Ceci peut s'avérer critique, notamment dans le cas d'une ventilation non invasive ou des débits de pointe importants sont nécessaires. Dans certains appareils, on peut estimer que 20% du débit de pointe est perdu du fait de ce 35 retour. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A problem with this type of device is the following: during the inspiratory phase, the proportional valve is in the open position to allow the turbine to debit and administer the gas to the patient. During the expiratory phase, the proportional valve closes and maintains a flow rate - called the rinse rate, usually not exceeding 5L / min. Since the gas itself is a heat exchanger, when the turbine delivers gas, the gas removes calories and effectively contributes to the cooling of the turbine. However, during the expiration phase, when the supplied gas flows are low, the turbine may heat up. This heating, if it is too important, can lead to the destruction of the turbine engine. In addition, when the flow rates administered to the patient are low, there are numerous undesirable pneumatic disturbances which alter the measurements of the flow rate sensors. To solve this problem, a first solution consists in providing engine cooling systems with heat pipes associated with cooling fans. This solution, if it works satisfactorily, can however be quite complex to set up and requires a number of additional components. A second solution is to provide a return flow or "repique" between the output of the turbine (overpressure) and the inlet of the turbine (in depression). This flow of return gas, also called "bypass", allows, when the inspiratory valve is in the closed position (at the expiration) to maintain a flow rate greater or less depending on the diameter of this return. In this way, thanks to this return line, the turbine sucks what it has previously discharged, which allows a cooling of the engine. This solution also has the advantage of placing the turbine in a nominal operating zone with the effect of limiting the pneumatic disturbances. The major drawback of this solution lies in the fact that, during the inspiration phases, part of the flow of the turbine will be "lost" by this return. This can be critical, especially in the case of non-invasive ventilation where significant peak flow rates are required. In some apparatus, it can be estimated that 20% of the peak flow is lost as a result of this return. An object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
A cette fin, l'appareil selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte un obturateur sélectif de la conduite de retour, l'obturateur étant mobile pour contrôler le débit de gaz de retour autorisé à circuler dans la conduite de retour de la sortie de gaz pressurisé à l'entrée d'aspiration. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'appareil est configuré pour commander la position l'obturateur de façon à contrôler le débit de gaz de retour autorisé à circuler de la sortie de gaz pressurisé à l'entrée d'aspiration de la turbine, - l'appareil est configuré pour disposer l'obturateur dans une position maximisant le débit de gaz de retour lorsque la vanne proportionnelle est disposée dans une position d'interruption du flux de gaz issu de la turbine vers le circuit patient, - l'appareil est configuré pour disposer l'obturateur dans une position minimisant ou interrompant le débit de gaz de retour lorsque la vanne proportionnelle est totalement ouverte et n'entrave pas le flux de gaz issu de la turbine vers le circuit patient, - le déplacement de l'obturateur est couplé au déplacement de la vanne proportionnelle, - la vanne proportionnelle est solidaire d'un axe déplaçable par l'actionneur, la position dudit axe mobile étant commandée par le dispositif de commande via l'actionneur, - l'obturateur est sollicité par un organe de rappel vers sa position dans laquelle le débit de gaz de retour est minimisé ou interrompu et en ce que l'axe déplace sélectivement l'obturateur à l'encontre de l'effort de l'organe de rappel lorsque la vanne proportionnelle est déplacée vers sa position d'interruption du flux de gaz issu de la turbine vers le circuit patient, - l'obturateur est solidaire de l'axe mobile et/ou de la vanne proportionnelle. For this purpose, the apparatus according to the invention, moreover in accordance with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that it comprises a selective shutter of the return pipe, the shutter being movable to control the flow of return gas allowed to flow in the return line from the pressurized gas outlet to the suction inlet. Furthermore, embodiments of the invention may include one or more of the following features: - the apparatus is configured to control the shutter position so as to control the flow of return gas allowed to flow from the pressurized gas outlet at the suction inlet of the turbine, - the apparatus is configured to arrange the shutter in a position maximizing the return gas flow when the proportional valve is disposed in a flow interruption position of gas from the turbine to the patient circuit, - the apparatus is configured to arrange the shutter in a position that minimizes or interrupts the flow of return gas when the proportional valve is fully open and does not impede the flow of gas from the turbine to the patient circuit, - the displacement of the shutter is coupled to the displacement of the proportional valve, - the proportional valve is integral with a movable axis the actuator, the position of said movable axis being controlled by the control device via the actuator, the shutter is biased by a return member to its position in which the flow of return gas is minimized or interrupted and in that the axis selectively displaces the shutter against the force of the return member when the proportional valve is moved to its position of interruption of the flow of gas from the turbine to the patient circuit, - The shutter is secured to the movable axis and / or the proportional valve.
L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonctionnement d'un appareil de respiration selon un mode de réalisation possible de l'invention dans une phase d'expiration, - la figure 2 représente une similaire à celle de la figure 1 dans laquelle l'appareil est dans une phase d'expiration. The invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the above or below features. Other features and advantages will appear on reading the description below, with reference to the figures in which: - Figure 1 shows a schematic and partial view illustrating the structure and operation of a breathing apparatus according to a mode In a possible embodiment of the invention in an expiry phase, FIG. 2 is similar to that of FIG. 1 in which the apparatus is in an expiration phase.
L'appareil 1 représenté schématiquement aux figures comprend classiquement une turbine 2 générant, à partir de gaz admis à une entrée 12 d'aspiration, un débit de gaz sous pression au niveau d'une sortie 22 de gaz. La sortie 22 de la turbine est reliée à un circuit 5 patient destiné à transférer sélectivement à un patient le flux de gaz pressurisé produit par la turbine 2. L'appareil 1 de ventilation comprend en outre, disposée entre la turbine 2 et le circuit 5 patient, une vanne 13 proportionnelle pilotée par un actionneur 3. Un dispositif 4 de commande et de traitement de données, comprenant par exemple une logique électronique à microprocesseur, est relié à la turbine 2 et à l'actionneur 3. Le dispositif 4 de commande et de traitement de données est conformé (programmé et/ou programmable) pour élaborer un signal de commande la turbine 2 et de la vanne 13 proportionnelle afin délivrer au patient du gaz respirable selon des consignes déterminées de débit et de pression synchronisées avec le déclenchement des phases inspiratoires et expiratoires du patient. A cet effet des capteurs de débit ou de pression (non représentés) sont prévus notamment dans le circuit 5 patient. L'appareil 1 comprend en outre une conduite 6 de retour de gaz formant un by-pass mettant en relation la sortie 22 de gaz pressurisé à l'entrée 12 d'aspiration pour recycler à l'entrée 12 de la turbine 2 une fraction déterminée du débit de gaz pressurisé produit par la turbine 2. Selon une particularité avantageuse, l'appareil 1 comprend un obturateur 7 sélectif de la conduite 6 de retour. L'obturateur 7 est de préférence mobile pour contrôler sélectivement le débit de gaz de retour autorisé à re-circuler de la sortie 22 de gaz pressurisé à l'entrée 12 d'aspiration. L'obturateur 7 obture sélectivement de façon variable la section de passage de la conduite 6 de retour pour contrôler le débit de gaz de retour renvoyé à l'entrée 12. De préférence, l'obturateur 7 permet de faire varier la section de passage de la conduite 6 et ainsi le débit de gaz renvoyée à l'entrée 12. La section de passage de la conduite 6 de retour est ainsi en configuration maximale lorsque l'actionneur 3 dispose la vanne 13 proportionnelle en position fermée (fermeture du passage vers le circuit 5 patient, cf. la recirculation du gaz symbolisée par trois flèches à la figure 1). Ceci permet d'introduire un débit de retour (by-pass) relativement important pour refroidir la turbine 2 et lisser les signaux de débit. En revanche, lors d'une phase d'inspiration la vanne 13 proportionnelle ouvre le passage vers le circuit 5 patient et simultanément, l'obturateur 7 obture totalement ou presque totalement la section de passage de la conduite 6 de retour (cf. la circulation du gaz vers le patient symbolisée par une flèche à la figure 2). De cette The apparatus 1 shown schematically in the figures conventionally comprises a turbine 2 generating, from gas admitted to a suction inlet 12, a flow of gas under pressure at a gas outlet 22. The outlet 22 of the turbine is connected to a patient circuit 5 for selectively transferring the flow of pressurized gas produced by the turbine 2 to a patient. The ventilation apparatus 1 furthermore comprises, arranged between the turbine 2 and the circuit 5 patient, a proportional valve 13 controlled by an actuator 3. A control device 4 and data processing, including for example a microprocessor electronic logic, is connected to the turbine 2 and the actuator 3. The control device 4 and data processing is configured (programmed and / or programmable) to develop a control signal the turbine 2 and the proportional valve 13 to deliver to the patient breathable gas according to determined setpoints of flow and pressure synchronized with the triggering of the inspiratory and expiratory phases of the patient. For this purpose, flow or pressure sensors (not shown) are provided in particular in the patient circuit. The apparatus 1 further comprises a gas return duct 6 forming a bypass connecting the outlet 22 of pressurized gas to the intake inlet 12 for recycling to the inlet 12 of the turbine 2 a predetermined fraction the flow of pressurized gas produced by the turbine 2. According to an advantageous feature, the apparatus 1 comprises a shutter 7 selective line 6 return. The shutter 7 is preferably movable to selectively control the flow of return gas allowed to re-circulate from the outlet 22 of pressurized gas to the suction inlet 12. The shutter 7 selectively selectively closes the passage section of the return duct 6 to control the flow of return gas returned to the inlet 12. Preferably, the shutter 7 makes it possible to vary the passage section of the duct. the duct 6 and thus the flow of gas returned to the inlet 12. The passage section of the return pipe 6 is thus in maximum configuration when the actuator 3 has the proportional valve 13 in the closed position (closing the passage to the patient circuit 5, see the recirculation of the gas symbolized by three arrows in Figure 1). This makes it possible to introduce a relatively large return flow (by-pass) for cooling the turbine 2 and smoothing the flow signals. On the other hand, during an inspiration phase, the proportional valve 13 opens the passage to the patient circuit 5 and simultaneously, the shutter 7 totally or almost totally closes the passage section of the return duct 6 (see the circulation). gas to the patient symbolized by an arrow in Figure 2). Of this
façon, en début de phase d'inspiration notamment, le débit de gaz de retour devient nul ou quasi nul et l'essentiel du gaz sous pression est envoyé au patient. De préférence, l'obturateur se déplace au gré du déplacement de la vanne 13 proportionnelle, c'est-à-dire que le déplacement de l'obturateur 7 peut être couplé au déplacement de la vanne 13 proportionnelle. Comme représenté à la figure, l'obturateur 7 est sollicité par un organe 8 de rappel tel qu'un ressort vers sa position dans laquelle le débit de gaz de retour est minimisé ou interrompu. La vanne 13 est portée par un axe 9 déplacé par l'actionneur 3. L'extrémité de cet axe 9 est en contact avec l'obturateur 7 et déplace sélectivement l'obturateur 7 à l'encontre de l'effort de l'organe 8 de rappel lorsque la vanne 13 proportionnelle est déplacée vers sa position d'interruption du flux de gaz vers le circuit 5 patient. Ainsi, lorsque la vanne 13 doit être disposée en position fermée (en phase d'expiration), l'obturateur 7 est repoussé par l'axe 9 de sorte à découvrir un diamètre de passage pour le débit de retour. Lorsque la vanne 13 ouvre le passage, le diamètre du conduit 6 de retour est progressivement obstrué par l'obturateur 7 jusqu'à sa fermeture complète ce qui augmente d'autant le débit de pointe du système fourni au patient. Une partie de l'obturateur 7 peut être interposée dans le flux de sortie 22 de la turbine 2 et peut comprendre un structure de filtre à air. Une portion latérale pleine de l'obturateur 7 coopère alors sélectivement avec le conduit 6 de retour. En variante, l'obturateur 7 peut être solidaire de l'axe 9, dans ce cas l'organe de rappel est facultatif. On conçoit donc que, tout en étant de structure simple et peu coûteuse, l'invention permet une régulation optimale et progressive des flux en gaz vers le patient et vers le retour à l'entrée de la turbine 2. way, at the beginning of the inspiration phase in particular, the return gas flow becomes zero or almost zero and most of the gas under pressure is sent to the patient. Preferably, the shutter moves as the proportional valve 13 moves, that is to say that the displacement of the shutter 7 can be coupled to the displacement of the proportional valve 13. As shown in the figure, the shutter 7 is biased by a return member 8 such as a spring towards its position in which the flow of return gas is minimized or interrupted. The valve 13 is carried by an axis 9 displaced by the actuator 3. The end of this axis 9 is in contact with the shutter 7 and selectively displaces the shutter 7 against the force of the organ 8 when the proportional valve 13 is moved to its position of interruption of the flow of gas to the patient circuit 5. Thus, when the valve 13 must be arranged in the closed position (in the expiration phase), the shutter 7 is pushed by the axis 9 so as to discover a passage diameter for the return flow. When the valve 13 opens the passage, the diameter of the return duct 6 is progressively obstructed by the shutter 7 until it is completely closed, which increases all the peak flow of the system supplied to the patient. Part of the shutter 7 may be interposed in the outlet stream 22 of the turbine 2 and may comprise an air filter structure. A solid lateral portion of the shutter 7 then selectively cooperates with the return duct 6. Alternatively, the shutter 7 may be secured to the axis 9, in this case the return member is optional. It is therefore conceivable that, while being of simple and inexpensive structure, the invention allows an optimal and progressive regulation of gas flows to the patient and to the return to the inlet of the turbine 2.
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2011
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