WO2019122370A1 - Systèmes de délivrance d'oxygène en fonction d'une spo2 - Google Patents

Systèmes de délivrance d'oxygène en fonction d'une spo2 Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an oxygen concentrator, preferably portable, for use in oxygen therapy.
  • Oxygen therapy is a treatment of administering to a patient in respiratory distress, a gas rich in pure oxygen so as to maintain or restore its oxygen level in the blood.
  • the concentrator thus makes it possible to deliver to a patient a flow rate of a gas containing oxygen.
  • the quantity of oxygen delivered is generally fixed to a total volume of oxygen which must be delivered over the duration of the treatment.
  • This volume is then delivered either at a constant rate over time or in stages with variable flow rates.
  • the quantity of oxygen delivered depends on a medical prescription based on a prescribed average volume. It depends on a continuous measurement of oxygen saturation (OPS), performed during a consultation (or at home), complementary biological examinations and additional auscultation to characterize respiratory distress.
  • OPS oxygen saturation
  • a dose (volume in liters) is prescribed by the doctor. This prescription does not take into account the living environment of the patient and his daily activity. Also, the dose is not adapted to the criteria mentioned and may increase the oxygen dependence of the patient due to over-supplementation.
  • An object of the invention is to provide a device connected and integrable to a concentrator for delivering to a patient a quantity of oxygen that responds in a targeted manner to his needs.
  • the invention proposes, in a first aspect, a device connected and integrable with an oxygen concentrator for delivering a quantity of an oxygen-rich gas at a calculated flow rate Q (t); the concentrator comprising:
  • a communication interface configured to receive at least the following physiological parameters of a patient: SP02, RR interval of the patient's ECG signal and respiratory rate; a processing unit configured to determine a flow rate Q (t) of oxygen to be delivered to a patient as a function of at least one received parameter, the concentrator being such that the processing unit is configured to determine the flow rate Q ( t) to deliver, according to an oxygen saturation, denoted SPO2, the RR interval derived from the ECG signal and the respiratory rate received and previously measured on a patient, by following an exponential temporal evolution dependent on the oxygen saturation , noted SPO2, the RR interval from the ECG signal and the respiratory rate relative to a reference oxygen saturation.
  • SPO2 oxygen saturation
  • the rate Q (t) is determined so as to maintain an SPO2 between 90% and 100% while not exceeding a maximum value of the flow rate denoted Q max ;
  • the processing unit is configured to, from the SP02 measurements, the RR interval and the patient's respiratory rate, implement a step of solving a first-order differential equation with respect to Q (t ):
  • C (t) is a weighting function based on the ratio between the respiratory rate as a function of time and the interval RR as a function of time
  • C (t) C 0 - RR (t) / F R (t)
  • Q 0 a ventilatory flow rate of the patient
  • Q max a maximum flow rate authorized for the patient.
  • the invention proposes a processing unit for an oxygen concentrator for delivering a quantity of oxygen-rich gas at a flow rate Q (t), the processing unit being configured to from a measurement of an oxygen saturation of a patient, denoted SPO2, determining a flow rate Q (t) to be delivered.
  • the invention proposes a set of delivery of a quantity of an oxygen-rich gas comprising a device for measuring an oxygen saturation and a concentrator according to the first aspect of the invention.
  • the measuring device is a skin patch intended to be worn by a patient.
  • the invention is therefore based on an adequacy of the dose of oxygen delivered (in English, "Adequacy Oxygen Dose", (AO2D) as a function of the SPO2 target, the ventilatory flow of the patient and the alveolar absorption of the patient. 'oxygen.
  • FIG. 1 illustrates, schematically, an assembly comprising an oxygen concentrator for delivering to a patient a quantity of oxygen according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a variation of an oxygen flow delivered by a concentrator according to the invention.
  • FIG. 1 schematically illustrates an oxygen concentrator 2 for delivering a quantity of oxygen to a patient 1.
  • the concentrator 2 comprises in particular a reservoir 3 of a gas rich in oxygen and a flow meter 4 for controlling the flow rate.
  • the concentrator 2 comprises a treatment unit 5 which makes it possible to calculate the flow rate Q (t) of gas as a function of at least one physiological parameter of a patient.
  • the processing unit 5 is for example a processor.
  • the concentrator comprises a communication interface 6, preferably wireless, which allows to receive a physiological parameter of the patient.
  • the wireless communication interface is for example a Bluetooth TM interface.
  • the invention applies to any wired or wireless communication means for communicating the concentrator with an external device for measuring several physiological parameters of a patient.
  • the physiological parameters are the oxygen saturation (SPO2), the ECG signal of the patient and in particular the RR interval resulting from this ECG signal and the respiratory rate.
  • SPO2 oxygen saturation
  • the SPO is obtained by any means known to those skilled in the art: infra-red sensor for example, etc.
  • the respiratory rate is obtained by any means known to those skilled in the art: pressure sensor, etc.
  • the ECG of the patient is obtained by any means known to one skilled in the art: electrodes positioned on the patient.
  • these various parameters are obtained by means of a cutaneous patch, preferably adhesive, worn by the patient and which comprises the sensors necessary to obtain these parameters.
  • the amount of O is a function of the following parameters measured on the patient: SPO, RR interval from the ECG signal, respiratory rate.
  • the flow rate Q (t) delivered by the concentrator 2 is such that it makes it possible to maintain a measured SPO on the patient (measured SPO 2) at a reference SPO (SP02reference) of between 92% and 100%.
  • This interval corresponds to the references of the respiratory functional exploration recommended by the " departments de Pneumologie de Langue legale” (SPLF).
  • the flow rate Q (t) follows an exponential temporal evolution dependent on the measured SPO, RR interval resulting from the ECG signal, respiratory rate relative to the reference SPO . Taking these three parameters into account makes it possible to take into account the respiration of the patient and the cardiac response to the supply of 02 according to the flow rate Q (t).
  • the exponential function decreases. And conversely if the measured SPO is greater than the reference SPO then the exponential function is increasing.
  • the processing unit 5 is configured to solve a first order differential equation with respect to Q (t) defined below:
  • C (t) is a weighting function based on the ratio between the respiratory rate as a function of time and the RR interval as a function of time
  • C (t) C 0 - RR (t) / F K ( t)
  • the ventilatory flow rate of the patient corresponds to the patient's spontaneous inspiration flow rate, which can be reduced by an obstruction.
  • the maximum allowed flow rate is a calculated target based on the prescribed volume.
  • the rate Q (t) varies exponentially to reach Q max taking into account a ventilatory flow of the patient, of course this is a function of the variation of SPO2 measured relative to to a reference SPO2.
  • the determined flow rate Q (t) is such that the differential equation above does not diverge and allows a stable oscillation indicating that the amount of gas is adequate.
  • FIG. 2 illustrates a variation of the flow rate Q (t) for a patient presenting a ventilatory flow rate of 150 ml / min.
  • the slope of the exponential function depends on the SPO2. This response is proportional to the adsorption of GO2 by the patient.
  • the decrease represents the variation of the flow in the absence of supplementation necessary to maintain the SPO2 between 90% and 100%.

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Abstract

L'invention concerne un concentrateur d'oxygène permettant de délivrer une quantité d'un gaz riche en oxygène selon un débit Q(t); le concentrateur comprenant : une interface de communication configurée pour recevoir au moins les paramètres physiologiques d'un patient suivants : SP02, intervalle RR du signal ECG du patient et de la fréquence respiratoire; une unité de traitement configurée pour déterminer un débit Q(t) d'oxygène à délivrer à un patient en fonction d'au moins un paramètre reçu, le concentrateur étant tel que l'unité de traitement est configurée pour déterminer le débit Q(t) à délivrer en fonction d'une saturation en oxygène, notée SPO2, de l'intervalle RR issu du signal ECG et de la fréquence respiratoire reçus et préalablement mesurée sur un patient, en suivant une évolution temporelle exponentielle dépendante de la saturation en oxygène, notée SPO2, de l'intervalle RR issu du signal ECG et de la fréquence respiratoire par rapport à une saturation en oxygène de référence.

Description

Systèmes de délivrance d'oxygène en fonction d'une SPO2
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne un concentrateur d’oxygène, de préférence portable, utilisable en oxygénothérapie.
ETAT DE LA TECHNIQUE
L’oxygénothérapie est un traitement consistant à administrer à un patient en détresse respiratoire, un gaz riche en oxygène pur de manière à maintenir ou à rétablir son taux d’oxygène dans le sang.
Le concentrateur permet donc de délivrer à un patient un débit d’un gaz contenant de l’oxygène. La quantité d’oxygène délivrée est en général fixée à un volume d’oxygène total qui doit être délivrée sur la durée du traitement.
Ce volume est alors délivré soit selon un débit constant sur la durée ou bien par palier avec des débits variables.
Ces modalités de délivrance de l’oxygène ne sont toutefois pas satisfaisantes.
En effet, la quantité délivrée d’oxygène dépend d’une prescription médicale qui repose sur un volume moyen délivré prescrit. Elle dépend d’une mesure de la saturation en oxygène (SPO ) en continue, réalisée lors d’une consultation (ou à domicile), d’examens biologiques complémentaires et d’une auscultation supplémentaire visant à caractériser la détresse respiratoire.
En fonction de ces éléments (qui peuvent évoluer) une dose (volume en litres) est prescrite par le médecin. Cette prescription ne tient pas compte du cadre de vie du patient et de son activité quotidienne. Aussi, la dose n’est pas adaptée au regard des critères cités et peuvent accentuer la dépendance en oxygène du patient du fait de la sur-supplémentation.
PRESENTATION DE L’INVENTION
Un but de l’invention est de proposer un dispositif connecté et intégrable à un concentrateur permettant de délivrer à un patient une quantité d’oxygène qui réponde de manière ciblée à ses besoins.
A cet effet, l’invention propose, selon un premier aspect, un dispositif connecté et intégrable à un concentrateur d’oxygène permettant de délivrer une quantité d’un gaz riche en oxygène selon un débit Q(t) calculé ; le concentrateur comprenant :
- une interface de communication configurée pour recevoir au moins les paramètres physiologiques d’un patient suivants : SP02, intervalle RR du signal ECG du patient et de la fréquence respiratoire ; - une unité de traitement configurée pour déterminer un débit Q(t) d’oxygène à délivrer à un patient en fonction d’au moins un paramètre reçu, le concentrateur étant tel que l’unité de traitement est configurée pour déterminer le débit Q(t) à délivrer en fonction d’une saturation en oxygène, notée SPO2, de l’intervalle RR issu du signal ECG et de la fréquence respiratoire reçus et préalablement mesurée sur un patient, en suivant une évolution temporelle exponentielle dépendante de la saturation en oxygène, notée SPO2, de l’intervalle RR issu du signal ECG et de la fréquence respiratoire par rapport à une saturation en oxygène de référence.
L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
le débit Q(t) est déterminé de sorte à maintenir une SPO2 entre 90% et 100% tout en ne dépassant pas une valeur maximale du débit notée Qmax ;
l’unité de traitement est configurée pour, à partir des mesures de la SP02, de l’intervalle RR et de la fréquence respiratoire du patient mettre en oeuvre une étape de résolution d’une équation différentielle du premier ordre par rapport à Q(t) :
dQ(t )
= k[Q(t) - Q0 ]
dt
avec k = -
Figure imgf000004_0001
— - - - , la solution Q(t) étant une fonction exponentielle et C(t) est une fonction de pondération basé sur le ratio entre la fréquence respiratoire en fonction du temps et l’intervalle RR en fonction du temps C(t) = C0 - RR(t) / FR(t) , Co étant un facteur de pondération à l’origine c’est-à-dire à la prise en charge du patient et est donné par C0 = SPO2_or/g/ne//100 soit la réponse respiratoire du patient.
la solution Q(t) de l'équation différentielle est donnée par la fonctionnelle suivante
Figure imgf000004_0002
avec Q0 un débit ventilatoire du patient, Qmax un débit maximal autorisé pour le patient.
L’invention propose, selon un deuxième aspect, une unité de traitement d’un concentrateur d’oxygène permettant de délivrer une quantité d'un gaz riche en oxygène selon un débit Q(t), l’unité de traitement étant configurée pour, à partir d'une mesure d’une saturation d’oxygène d’un patient, notée SPO2, déterminer un débit Q(t) à délivrer.
Et l’invention propos, selon un troisième aspect, un ensemble de délivrance d’une quantité d’un gaz riche en oxygène comprenant un dispositif de mesure d’une saturation en oxygène et un concentrateur selon le premier aspect de l’invention.
De manière avantageuse, le dispositif de mesure est un patch cutané destiné à être porté par un patient. L’invention est donc basée sur une adéquation de la dose d'oxygène délivrée (en anglais, « Adequacy Oxygen Dose », (AO2D) en fonction de la cible de SPO2, du débit ventilatoire du patient et de l’absorption alvéolaire de l’oxygène.
En effet, l’utilisation d’un tel paramètre permet de mieux répondre aux besoins en oxygène du patient et d’adapter la dose en fonction de son activité et de ses besoins réels sans entacher l’autonomie respiratoire.
PRESENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre, schématiquement, un ensemble comprenant un concentrateur d’oxygène permettant de délivrer à un patient une quantité d’oxygène selon l’invention ;
- la figure 2 illustre une variation d’un débit d’oxygène délivré par un concentrateur selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Dans ce qui suit, par abus de langage, on emploie indifféremment gaz riche en oxygène ou oxygène, l’invention s’appliquant au gaz délivré par un concentrateur.
On a illustré sur la figure 1 , schématiquement, un concentrateur 2 d’oxygène permettant de délivrer à un patient 1 une quantité d'oxygène.
Le concentrateur 2 comprend notamment un réservoir 3 d’un gaz riche en oxygène ainsi qu'un débitmètre 4 permettant de contrôler le débit.
En outre, le concentrateur 2 comprend une unité 5 de traitement qui permet de calculer le débit Q(t) de gaz en fonction d’au moins un paramètre physiologique d'un patient.
L’unité 5 de traitement est par exemple un processeur.
En effet, le concentrateur comprend une interface 6 de communication, de préférence sans fil, qui permet de recevoir un paramètre physiologique du patient.
L’interface de communication sans fil est par exemple une interface Bluetooth™. Bien entendu, l’invention s’applique à tout moyen de communication filaire ou sans fil permettant de faire communiquer le concentrateur avec un dispositif externe de mesure de plusieurs paramètres physiologiques d’un patient.
En particulier, les paramètres physiologiques sont la saturation en oxygène (SPO2), le signal ECG du patient et notamment l’intervalle RR issu de ce signal ECG et la fréquence respiratoire. La SPO est obtenu par tout moyen connu en soit par l’homme du métier : capteur infra-rouge par exemple, etc.
La fréquence respiratoire est obtenue par tout moyen connu en soit par l'homme du métier : capteur de pression, etc.
L’ECG du patient est obtenu par tout moyen connu en soit par l’homme du métier : électrodes positionnées sur le patient.
Toutefois, de préférence mais non limitativement, ces différents paramètres sont obtenus au moyen d’un patch 7 cutané, de préférence adhésif, porté par le patient et qui comprend les capteurs nécessaires à l’obtention de ces paramètres.
De manière avantageuse, la quantité de O est fonction des paramètres suivants mesurés sur le patient : SPO , intervalle RR issu du signal ECG, fréquence respiratoire.
En particulier, le débit Q(t) délivré par le concentrateur 2 est tel qu’il permet de maintenir une SPO mesurée sur le patient (SPO 2 mesurée) à une SPO de référence (SP02reférence) comprise entre 92% et 100%. Cet intervalle correspond aux références de l’exploration fonctionnelle respiratoire recommandées par la « Société de Pneumologie de Langue Française » (SPLF).
Afin d’avoir un débit Q(t) qui présente peu d’oscillations, le débit Q(t) suit une évolution temporelle exponentielle dépendant de la SPO mesurée, intervalle RR issu du signal ECG, fréquence respiratoire par rapport à la SPO de référence. La prise en compte de ces trois paramètres permet de prendre en compte la respiration du patient et la réponse cardiaque à la fourniture d’02 selon le débit Q(t).
Si la SPO mesurée est inférieure à la SPO de référence alors la fonction exponentielle est décroissante. Et inversement si la SPO mesurée est supérieure à la SPO de référence alors la fonction exponentielle est croissante.
Pour obtenir une telle variation du débit délivré et donc pour obtenir la quantité Q(t), l’unité 5 de traitement est configurée pour résoudre une équation différentielle du premier ordre par rapport à Q(t) définie ci-après :
dQ(t )
k[Q(t ) - Q0]
dt
(SPO 2 mesurée-SP02reférence )
Avec k = , C(t) est une fonction de pondération basé sur le ratio entre la fréquence respiratoire en fonction du temps et l’intervalle RR en fonction du temps C(t) = C0 - RR(t)/FK(t ), Co étant un facteur de pondération à l’origine c’est-à-dire à la prise en charge du patient et est donné par C0 = SPO2_origineth 00 soit la réponse respiratoire du patient.
L’équation différentielle ci-dessus admet comme solution
<2(0 = <2o + Qmax - ( Qmax ~ Qo)· ^ avec Q0 le débit ventilatoire du patient, Qmax le débit maximal autorisé pour le patient.
Le débit ventilatoire du patient correspond au débit d’inspiration spontané du patient qui peut être réduit par une obstruction.
Le débit maximal autorisé est une cible calculer en fonction du volume prescrit. c _ _ Volume prescrit
Qmax temps quotidien
Comme on peut le voir d’après cette solution, le débit Q(t) varie de façon exponentielle pour arriver à Qmax en tenant compte d’un débit ventilatoire du patient, bien entendu ceci est fonction de la variation de SPO2 mesurée par rapport à une SPO2 de référence.
En outre, le débit Q(t) déterminé est tel que l’équation différentielle ci-dessus ne0 diverge pas et permet une oscillation stable indiquant que la quantité de gaz est adéquate.
En même temps que le débit Q(t) déterminé est délivré, la SPO2 est mesurée et l’équation différentielle est à nouveau résolue et ainsi de suite afin que le débit Q(t) ne diverge pas et n’oscille pas trop.
La figure 2 illustre une variation du débit Q(t) pour un patient présentant un débit5 ventilatoire de 150ml/mn. On voit sur cette figure que pendant 60s, la pente de la fonction exponentielle dépend de la SPO2. Cette réponse est proportionnelle à l’adsorption de GO2 par le patient. De plus, la décroissance représente la variation du débit en l’absence de supplémentation nécessaire au maintien de la SPO2 entre 90% et 100%.

Claims

REVENDICATIONS
1. Concentrateur d’oxygène permettant de délivrer une quantité d’un gaz riche en oxygène selon un débit Q(t) ; le concentrateur comprenant :
- une interface de communication configurée pour recevoir au moins les paramètres physiologiques d’un patient suivants : SP02, intervalle RR du signal ECG du patient et de la fréquence respiratoire ;
- une unité de traitement configurée pour déterminer un débit Q(t) d’oxygène à délivrer à un patient en fonction d’au moins un paramètre reçu, le concentrateur étant tel que l’unité de traitement est configurée pour déterminer le débit Q(t) à délivrer en fonction d’une saturation en oxygène, notée SPO2, de l’intervalle RR issu du signal ECG et de la fréquence respiratoire reçus et préalablement mesurée sur un patient, en suivant une évolution temporelle exponentielle dépendante de la saturation en oxygène, notée SPO2, de l’intervalle RR issu du signal ECG et de la fréquence respiratoire par rapport à une saturation en oxygène de référence.
2. Concentrateur selon la revendication 1 , dans lequel le débit Q(t) est déterminé de sorte à maintenir une SPO2 entre 90% et 100% tout en ne dépassant pas une valeur maximale du débit notée Qmax.
3. Concentrateur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’unité de traitement est configurée pour, à partir des mesures de la SP02, de l’intervalle RR et de la fréquence respiratoire du patient mettre en œuvre une étape de résolution d’une équation différentielle du premier ordre par rapport à Q(t) :
dQ(t )
k[Q(t) - Q0]
dt
SP02 mesurée— SP02reférence
avec k = , la solution Q(t) étant une fonction exponentielle et C(t) est
Figure imgf000008_0001
une fonction de pondération basé sur le ratio entre la fréquence respiratoire en fonction du temps et l’intervalle RR en fonction du temps C(t)— C0 - RR(t)/FR(t ), Co étant un facteur de pondération à l’origine c’est-à-dire à la prise en charge du patient et est donné par CO = SP02_origineth 00 soit la réponse respiratoire du patient.
4. Concentrateur selon la revendication 3, dans lequel la solution Q(t) de l'équation différentielle est donnée par la fonctionnelle suivante
<2(0 = <2o + Qmax - (Qmax ~ Qo)^
avec Q0 un débit ventilatoire du patient, Qmax un débit maximal autorisé pour le patient.
5. Unité de traitement d’un concentrateur d’oxygène permettant de délivrer une quantité d’un gaz riche en oxygène selon un débit Q(t), l’unité de traitement étant configurée pour, à partir d’une mesure d’une saturation d’oxygène d’un patient, notée SPO2, de l’intervalle RR et de la fréquence respiratoire du patient, déterminer un débit Q(t) à délivrer.
6. Ensemble de délivrance d’une quantité d’un gaz riche en oxygène comprenant un
- dispositif de mesure d’une saturation en oxygène,
- un concentrateur selon l’une des revendications 1 à 4.
7. Ensemble selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de mesure est un patch cutané destiné à être porté par un patient.
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