SIMULATEUR DE POUMON
L'invention concerne un dispositif pour tester les appareils médicaux d'assistance respiratoire et ses procédés de test.
L'état de la technique connaît un appareil de test pour tester un respirateur mais celui-ci nécessite lui-même un second respirateur pour générer les inspirations et les expirations ce qui est peu cohérent au niveau de l 'analyse et de l'attribution des défauts.
En outre il est techniquement complexe et d'un prix élevé. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un appareil de test pouvant générer en autonomie des cycles d'inspiration et d'expiration de façon à simuler la ventilation d'un patient sous assistance respiratoire tout en proposant une technologie simple.
Ce but est atteint par l'invention qui consiste en un dispositif pour tester les appareils médicaux d'assistance respiratoire, caractérisé en ce qu'il comporte principalement : • Un ensemble mécanique simulant la compliance d'un système pulmonaire avec :
- un moyen creux compressible offrant la possibilité d'aspirer ou éjecter un volume d'air variable de façon à, par la répétition de ses expansions et de ses compressions, simuler ou reproduire de façon active et autonome la ventilation d'un patient, avec un connecteur tabulaire unique pour l'entrée et la sortie d'air comportant un capteur de caractéristique du flux d'air,
- un moyen moteur relié au moyen compressible et apte à faire varier le volume interne V du moyen compressible. • Un ensemble électronique gérant l'ensemble du dispositif.
L'invention consiste également en un procédé de gestion automatique avec un mode maintenance, un mode PPC, et un mode déclenchement, et éventuellement d'autres modes.
Préférentiellement les modes PPC et déclenchement donnent accès aux réglages des paramètres (I ou J) de l'appareil à tester à savoir fréquence respiratoire, volume courant, rapport inspiration/respiration.
Préférentiellement le mode déclenchement donne en outre accès au réglage des paramètres du patient à savoir fréquence respiratoire, volume courant désiré, temps d'effort. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en référence aux figures annexées suivantes :
- figure 1 : schéma de principe d'un dispositif de simulation selon l'invention,
- figure 2 : vue en coupe d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif,
- figure 3 : schéma d'implantation d'un dispositif de simulation selon l'invention,
- figures 4, 5, 6, 7 : diagrammes de fonctionnement du dispositif selon l'invention.
La figure 1 montre les moyens essentiels de l'invention à savoir : • un ensemble mécanique simulant la compliance d'un système pulmonaire d'un patient avec :
- un soufflet (5) offrant la possibilité de créer un volume variable en simulant les cycles de ventilation d'un patient, comportant un connecteur tubulaire (3) unique pour l'entrée et la sortie d'air avec un capteur de pression ou de débit du flux d'air, - un moteur électrique (12) permettant de faire varier le volume interne V du soufflet en raccourcissant un câble (9) pour augmenter le volume V et en le relâchant pour permettre la compression du soufflet sous l'effet de plusieurs ressorts (6), • un ensemble électronique (13) gérant l'ensemble des moyens (avec clavier et afficheur).
Pour alléger la description et les revendications, et faciliter la lecture, les termes désignant les moyens essentiels ont été simplifiés mais ils doivent être considérés dans leur acceptation de moyen général à savoir par exemple :
- un soufflet est un moyen créant un volume variable, - un câble peut être remplacé par tout autre lien mécanique non élastique et de longueur constante,
- un ressort peut être remplacé par tout moyen élastique,
- un moteur électrique signifie tout actionneur permettant de générer les mouvements d'extension et de compression du soufflet. La figure 2 montre en détail un exemple de mise en œuvre.
Le soufflet (5) est fixé en sous face de la partie supérieure d'un capotage cylindrique (7) de protection, et maintenu entre une plaque supérieure fixe (4a) et une plaque inférieure (4b) déplaçable selon une direction axiale (9a) par exemple verticale. Dans l'ensemble mécanique, ce sont les variations de Pélongation du soufflet qui remplissent la fonction de compliance mais c'est la combinaison du soufflet avec
les autres composants mécaniques décrits ci-après qui donne à la compliance sa caractéristique linéaire.
Un câble (9), fixé par une extrémité au centre de la plaque inférieure (4b, 5b) a son autre extrémité enroulable et déroulable sur la poulie (11) de l'arbre de sortie (12a) d'un moteur (12).
Plusieurs ressorts de traction (6) sont tendus entre les deux plaques de maintient du soufflet (5a) et (5b) et sont répartis régulièrement sur leur périphérie.
Sous l'effet de l'enroulement du câble (9) sur la poulie le volume intérieur V du soufflet augmente comme pendant un cycle d'inspiration d'un poumon. Sous l'effet d'une rotation inverse du moteur (12), le câble (9) s'allonge et le soufflet se comprime sous l'effet des ressorts comme pendant un cycle d'expiration d'un poumon.
La répétition des expansions et des compressions du soufflet vise à simuler et/ou reproduire de façon active et autonome la ventilation d'un patient. Pour un bon fonctionnement de la liaison soufflet-moteur, le câble (9) doit rester tendu et on place sur ledit câble un capteur (10) pour contrôler la tension du câble.
L'air inspiré et expiré par le soufflet est conduit vers un tube d'entrée d'un appareil respiratoire au moyen d'un connecteur tubulaire unique d'entrée et de sortie (3), disposé selon la direction (9a) et terminé par un embout conique (1). Comme dans le système respiratoire d'un patient l'entrée et la sortie d'air se fait par le même conduit.
Le connecteur (3) comporte un capteur pour la mesure ola connaissance de l'état du flux d'air (en attente, en expiration, en inspiration, sa valeur...). Ce capteur peut être un capteur de débit ou un capteur de pression. Sur la figure on prévoit en outre dans le connecteur de sortie (3) un ensemble de moyens (2) pour la mesure du débit d'air en combinaison avec un capteur de débit (2d) :
- un module (2a) de perte de charge, remplissant sur une longueur donnée tout le diamètre de l'intérieur du conduit, et simulant les pertes de charge à l'intérieur du système trachée-poumons d'un patient,
- une prise d'air inférieure (2a) et une prise d'air supérieure (2b) disposée juste avant et après le module (2a), et reliées chacune par un tube à l'ensemble de gestion (13).
L'ensemble électronique de gestion (13) est une carte électronique et informatique permettant de gérer le moteur, les capteurs et l'ensemble de l'appareil (16).
Le moteur est un moteur pas à pas classique dont le couple et la puissance minimum sont calculés de façon classique pour un homme du métier.
On prévoit en outre un clavier (17) et un afficheur (18) sur le capot (8) de protection du dispositif de simulation, et une protection (7) du soufflet de préférence en matériau transparent de manière à pouvoir observer le fonctionnement du soufflet.
La figure (3) montre le principe d'implantation d'un dispositif de simulation (16) selon l'invention en liaison avec un appareil respiratoire à tester (14) pouvant être soit un respirateur soit un appareil utilisé pour l'apnée du sommeil et désigné par l'abréviation P.P.C. (Pression, Positive, Continue) et avec un système d'acquisition du test (15) extérieur au dispositif de simulation (16).
Un dispositif de simulation selon l'invention permet de simuler de façon active la ventilation d'un patient et de tester les appareils médicaux d'assistance respiratoire
(14), son principe est de créer un cycle respiratoire pouvant être caractéristique de celui d'un patient sous assistance pulmonaire et de contraindre dynamiquement l'appareil respiratoire (14).
Il permet d'évaluer et de tester les systèmes de déclenchement des respirateurs ou de tester les PPC.
On décrit à présent le fonctionnement de l'invention.
Un dispositif de simulation (16) présente de préférence mais non limitativement trois modes de fonctionnement à savoir :
• Mode maintenance : il permet le changement, très simple, de certaines pièces. - une simple pression sur les touches du clavier provoque la montée ou la descente du soufflet,
- on prévoit la possibilité d'un réglage de la position initiale du soufflet.
• Mode PPC : il permet de simuler le système de ventilation d'un patient.
- si la pression est positive, le soufflet descend et reste en position basse, - départ ficelle tendue (réglage de la position initiale),
- réglage de la fréquence respiratoire (comporte la montée et la descente) ainsi que du Volume Courant (VC, en rapport avec la course du soufflet) et le rapport l/E (rapport Inspiration / Expiration).
- descente du soufflet à vitesse constante (vitesse régulée en fonction des paramètres entrés par l'utilisateur),
- le moteur revient en position initiale plus rapidement que le soufflet, c'est donc les ressors qui provoquent le retour de celui-ci en position initiale (vérification que le cordon est bien tendu),
- affichage de la pression. • Mode déclenchement : il permet de vérifier le bon fonctionnement du déclenchement des respirateurs.
- mise en fonctionnement du respirateur,
- détermination de la pression minimum du respirateur sur trois cycles,
- le soufflet descend et remonte en mode passif il subit les cycles inspiration/expiration du respirateur,
- entrée des paramètres du respirateur ce qui nous donnera les bornes de fonctionnement.
A titre d'exemple on indique les réglages préférentiels suivants :
• Réglages respirateur :
- Fr = fréq. Respiratoire [Fr max = Fresp + 1 Cycle, limite haute de Fr = 16 cycles, valeur supérieure = (l/E)]
- Vc = volume courant,
- Rapport (l/E) = Inspiration / Expiration - Entrée des paramètres du patient :
Réglages model actif :
Fresp/pat(Ftespat> Fr), te = temps d'effort, durant lequel on tire le soufflet
(à choisir en premier), Vd = volume de déclenchement (à l'inspiration).
Paramètres limités : te varie de 20 à 100 ms (temps d'effort)
Vc = 20 à 150 ml Sachant que tirer un Volume de 150 ml en 20 ms est impossible et de plus, ne sera pas nécessaire.
On décrit à présent en détail les fonctionnements des différents modes à l'aide des organigrammes des figures 4 à 7.
L'organigramme de la figure 4 montre le fonctionnement d'ensemble avec succession des étapes (A, B, C, D) à savoir : - (A) : début,
- (B) : mise en fonctionnement du dispositif de simulation,
- (C) : affichage d'un menu général contenant les différents modes de fonctionnement sur un écran,
- (D) : sélection du mode de travail sur le clavier puis exécution de l'un des trois modes sélectionnés à savoir : " (E) : mode maintenance, permettant le chargement très simple de certains composants et permettant d'entrer dans une étape (H) de commande de montée ou descente par appui sur un bouton poussoir ou une touche,
• (F) : mode PPC permettant une simulation du système de ventilation d'un patient et donnant accès au réglage (H) des paramètres de l'appareil PPC à tester à savoir fréquence respiratoire, volume courant, rapport inspiration/expiration,
• (G) : mode déclenchement permettant de vérifier le bon fonctionnement du déclenchement des appareils et donnant accès au réglage des paramètres de l'appareil respiratoire à tester à savoir : (J) fréquence respiratoire, volume courant, rapport inspiration/expiration, puis accès au réglage des paramètres du patient (K) à savoir fréquence respiratoire, volume courant désiré, temps d'effort. Après chaque étape (H) (I) (K) un retour est possible à l'étape (C) d'affichage du menu.
La figure 5 montre en détail l'organigramme du mode maintenance avec reprise des étapes (A, B, C, D).
Lorsque le mode maintenance est sélectionné sur le clavier à l'étape (D) le programme exécute successivement : - (101) : un réglage de la position initiale,
- (102) : affichage, sur un écran, du menu contenant les commandes du mode maintenance,
- (104) : possibilité d'appui sur une touche dédiée à la descente avec en sorties : si NON (N) alors il y a possibilité d'appui sur une touche dédiée à la montée (105) ou si OUI (O) alors exécution de l'étape (107),
- en sortie de (105) : si NON (N) possibilité d'appuyer sur une touche fin de mode (108) ou si OUI (O) exécution de l'étape (106),
- (106) : le soufflet monte jusqu'à ce que la touche soit relâchée, ou qu'il soit en position haute, puis reste en position, - (107) : le soufflet descend jusqu'à ce que la touche soit relâchée puis il reste en position,
- (108) : les trois sorties respectives des étapes (105, 106, 107) permettent chacune le passage à l'étape (108) qui offre la possibilité d'appuyer sur une touche fin de mode (avec en sorties : si NON (N) retour à l'affichage menu (102) du mode sélectionné et si OUI (O) passage à l'étape (109), - (109) : retour du soufflet en position initiale puis retour à l'affichage général
(C ).
La figure 6 correspond à l'organigramme du mode PPC avec reprise des étapes successives (A, B, C, D) puis exécution des étapes successives suivantes : - (201) : affichage d'un message pour la mise en fonctionnement et les réglages (si ce type est concerné) de la PPC,
- (202) : branchement de la PPC au dispositif de simulation (16),
- (203) : si la pression est positive, le soufflet descend et reste en position basse, - (204) : départ du soufflet avec cordon tendu ce qui permet le réglage de la position initiale du soufflet,
- (205) : affichage, sur un écran du menu contenant les paramètres à régler pour ce mode sélectionné (Fresp, Volume courant, et rapport l/E),
- (206) : sélection du paramètre, initialisé à zéro, grâce à une touche sur le clavier,
- (207) : affichage du paramètre sélectionné,
(208) : choix de la valeur du paramètre sélectionné par appuis sur une touche (incrémentation ou décrémentation),
- (209) : affichage du paramètre et de la valeur sélectionnés, - (210) validation ou annulation de la valeur,
- (211) : étape de test pour vérifier si tous les paramètres ont été fixés, si OUI (0) exécution de l'étape suivante (212) et si NON (N) retour à l'affichage du menu mode (205),
- (212) : le soufflet descend à vitesse constante, - (213) : retour du soufflet en position initiale,
- (214) : étape de test pour vérifier si le câble est tendu et si OUI (O) exécution directe de l'étape(216) et si NON (N) exécution de l'étape (215),
- (215) : mise en tension du câble,
- (216) : affichage de la pression ainsi que d'un message déterminant la touche de fin de mode,
- (217) : étape de test pour vérifier si le procédé se trouve en fin de mode, si OUI (O) il y a retour à l'étape (C) d'affichage d'un menu général et si NON (N) il y a retour à l'étape (212) et le soufflet descend.
La figure 7 illustre l'organigramme du mode déclenchement avec exécution successivement des étapes (A, B, C, D) comme dans les autres modes puis exécution des étapes successives suivantes :
- (301) affichage d'un message pour la mise en œuvre du fonctionnement et pour les réglages du respirateur,
- (302) : branchement du respirateur au dispositif de simulation, - (303) : détermination de la pression minimale du respirateur,
- (304) : le soufflet descend et remonte en mode passif car il subit les cycles d'inspiration et d'expiration du respirateur,
- (305) : affichage du menu contenant les paramètres du respirateur à régler sur le dispositif de simulation pour le mode choisi (Fresp, Volume courant, et rapport l/E)
- (306) : sélection du paramètre, initialisé zéro par appui sur une touche,
- (307) : choix de la valeur du paramètre sélectionné par appui sur une touche
(incrémentation ou décrémentation),
- (308) : validation ou accumulation de la valeur, - (309) : étape de test pour vérifier si tous les paramètres respiratoires ont été fixés, si OUI (O) exécution de l'étape suivante (310), si NON (N) retour à l'étape (305) d'affichage du menu mode respirateur,
- (310) : affichage du menu contenant les paramètres du patient à régler pour ce mode (Fres/pat>Fr, Vd et te) - (311) : sélection du paramètre, initialisé à 0 par appui sur une touche,
- (312) : choix de la valeur du paramètre sélectionné par appui sur une touche
(incrémentation ou décrémentation),
- (313) : validation, ou annulation de la valeur,
- (314) : étape de test pour vérifier si tous les paramètres du patient ont été fixés, si OUI (O) exécution de l'étape suivante (315), si NON (N) retour à l'étape (314) d'affichage du menu contenant les paramètres,
- (315) : le dispositif de simulation (16) selon l'invention provoque le déclenchement du respirateur,
- (316) : étape de test pour vérifier si le dispositif est en fin de mode, si OUI (O) retour à l'étape (C) d'affichage de menu général, si NON (N) retour à l'étape (315) de déclenchement du respirateur.
Un dispositif selon l'invention est réellement un simulateur actif de ventilation puisqu'il génère de façon autonome les cycles d'inspiration et d'expiration et contraint dynamiquement l'appareil à tester. En outre il présente une compliance au même titre que l'appareil respiratoire d'un patient, dont il constitue un modèle actif, c'est-à-dire que les tests sur appareils sont réalisés en absence de patient puisque l'appareil génère lui-même la ventilation.
Cette compliance peut rapidement être modifiée par l'intermédiaire de ressorts interchangeables à différentes constantes d'élasticité.
On peut également prévoir des soufflets interchangeables de volumes différents, par exemple pour une utilisation en pédiatrie.
En outre les possibilités de test sont multiples et l'appareil est capable de s'autocontrôler. Du fait que le fonctionnement du simulateur s'approche des caractéristiques et conditions réelles de ventilation, on peut par exemple recréer les caractères d'une pathologie et on observe les réactions de l'appareil respiratoire par exemple en termes d'alarme.
L'appareil selon l'invention fonctionne en totale autonomie, il est facile d'utilisation, fiable, précis, évolutif, d'un coût 2 à 3 fois inférieur à ceux de l'art antérieur, et il ne nécessite pas d'appareil respiratoire pour son fonctionnement.