Brevet FR2068581A1 — publié le 19710827

'068581 La présente invention se rapporte à une installation destinée à l'alimentation, à débits et à fréquences prédétermina-bles d'installations et appareils du genre dénommé "respirateurs automatiques", utilisables en clinique et en particulier, mais non exclusivement, pour anesthésie, réanimation et en général dans les cas ou dans les poumons du patient il doit être cycli-quement insufflé des quantités dosées de mélanges gazeux, dans le but d'obtenir un effet connu sous la dénomination "ventilation contrôlée". les installations connues de ce genre comportent généralement une pompe alternative munie de piston, ou un soufflet actionnés à l'aide d'un mécanisme approprié,généralement une trirt-glerie, pour alternativement envoyer de l'air sous pression et de prélever celui-ci d'une chambre dans laquelle est disposé un ballon ou autre récipient flasque dont l'intérieur est en communication, par l'intermédiaire de valves unidirectionnelles appropriées avec le circuit d'insufflation du mélange gazeux à administrer dans les poamons du patient. Cette disposition en partie est destinée à éviter que le mélange gazeux à insuffler passe à travers la pompe dans le but de prévenir ainsi les risques de contamination de ce mélange gazeux. Cette disposition ne constitue pas précisément une caractéristique de l'invention et peut être remplacée au besoin par n'importe quelle autre moyen équivalent. Il est également connu et confirmé par des recherches expérimentales qu'une condition favorable pour l'insufflation d'un mélange gazeux dans l'appareil respiratoire, lorsque la respiration spontanée du patient est insuffisante ou fait défaut, que la pression d'insufflation puisse pratiquement croître par l'augmentation du débit de l'air envoyé dans la chambre ou se trouve le ballon d'abord graduellement pour ensuite s'intensifier très rapidement pendant la periode finale du temps d'action de la pression dans cette chambre. BAD ORIGINAL 70 41900 2 2068581 L'augmentation suivant une fonction sinusoïdale, caractéristique des pompes à piston ou aussi de type alternatif actionné par une tringlerie, ne satisfait pas aux conditions favorables désirées. Les appareils dont il est question exigent une série de réglages pour pouvoir s'adapter aux différents cas de traitements se présentant dans la pratique» et pour se faire une grande compétence et beaucoup d'attention ainsi que la consultation de tableaux et autres moyens d'investigation sont nécessaires pour obtenir les conditions qui s'imposent et qui sont parfois compromises par d'éventuels comportements aL-armants imprévu chez le patient. En particulier, la fréquences des insufflations, e'est-à-dire le nombre d'insufflations par minute, peut être fortement variée sans que des modifications se manifestent aux vitesses instantanées de passage de l5air envoyé dans la chambre pour provoquer le rappel du mélange gazeux dans le ballon, tout en produisant une irrégularité du débit d'air rappelé par suite de la variation de la résistance rencontrée par cet air dans les passages. En conséquence, pour chaque;variation de fréquence un réglage s'impose en agissant sur des valves appropriées des passages«, En raison de ces faits, l'invention vise une installation destinée à l'alimentation d'appareils pour la respiration ou ventilation contrôlée de la respiration, surtout de patients se trouvant sous anesthésie dont les perfectionnements réussissent à éliminer les inconvénients cités et d'autres que présentent les installations connues. L'installation, suivant 1'invention, comprend un mécanisme de pompage capable de livrer cycliquement de l'air avec une augmentation volumétrique plus favorable que les appareils actuellement connus, cette augmentation pouvant être définie par une courbe dont l'allure initial© est plus plate pour augmenter plus rapidement vers la,fin que la courbe définissant la fonction si- BAD ORIGINAL 70 41900 3 1068581 nusoldale comprise entre 0° et 90°. Ce mécanisme de pompage est combiné avec un dispositif à soupape susceptible de s'ouvrir en phase d'aspiration et au dépassement d'une certaine valeur de la pression négative d'aspiration de façon essentiellement"propor-5 tionnelle à la résistance rencontrée par l'air lors de son pas4 sage à travers une lumière de section constante, c'est-à-dire répondant à la condition de ne pratiquement pas modifier cette résistance quels que soient les débits traversant le passage. Dans une forme de réalisation préférée non limitative de 10 l'invention, l'installation comprend un mécanisme de pompage à piston rotatif, créant un flux pulsatoire unidirectionnel et dans lequel le piston est formé d'un corps de section circulaire, voire cylindrique, disposé excentriquement, animé d'un mouvement de rotation dans une chambre de configuration géométrique semblable, 15 mais de plus grand diamètre. Un distributeur est relié à ce mécanisme de manière à mettre la chambre, comprenant le ballon, en communication alternative avec le refoulement et l'aspiration du mécanisme de pompage à la fin. de chaque cycle de pulsation de celui-ci, alors qu'une valve, reliée à la conduite entre le distri-20 buteur et la chambre, réglée de manière à s'ouvrir au dépassement d'une dépression prédéterminée à 1'encontre d'une résistance qui diminue en fonction de l'augmentation de préférence, suivant une fonction quadratique, de l'agrandissement de la lumière de passage provoquée par l'ouverture de la valve. ■jq Le dessin annexé représente, à titre d'exemple non li mitatif, une forme d'exécution préférée de l'invention en 5 figures. Fig. 1 se rapporte à une vue latérale simplifiée du mécanisme de pompage, représentée à échelle réduite et combiné avec partiellement le schéma du dispositif d'envoi pulsatoire du mélange gazeux à administrer, 70 41900 4 2068581 2 montre un graphique reproduisant l'allure favorable des augmentations du débit volumétrique du mécanisme de pompage par rapport à l'augmentation traditionnelle suivant une fonction sinusoïdale, 3 correspond à une coupe transversale du mécanisme de pompage et du distributeur, 4 a trait à une vue de face d'un mécanisme utilisable pour l'actionnement du distributeur, et 5 fait voir à échelle .amplifiée en coupe transversale et en détail, une forme préférentielle de réalisation de la valve. En principe l'installation suivant l'invention comprend (Fig.l) un mécanisme de pompage (D) comportant une pompe 10 (qui sera décrite en détail ultérieurement), animée à une vitesse ro-15 tatoire susceptible d'être convenablement augmentée par exemple à l'aide d'un variateur de vitesse 12 connu, par un moteur électrique 14, le réglage de la vitesse d'actionnement de la pompe 10 déterminant le réglage de la fréquence des pulsations. La pompe 10 est reliée à un distributeur 16 opérant en phase et syncroni-20 que avec celle-ci dont l'arbre est relié par exemple par l'intermédiaire d'une transmission 18 à un mécanisme d'entraînement in-termittant 20 (dont la description suivra). La pompe 10 est destinée à envoyer alternativement de l'air dans une chambre 22 et à aspirer de l'air de celle-ci, dans laquelle est logé un ballon 25 24 ou autre enveloppe à parois flasques, relié à la conduite 26, 28 d'envoi du mélange gazeux destiné au traitement et dont le circuit ouvert et fermé est commandé par des moyens connus, de sorte que leur description est superflue. En amont et en aval du raccord du ballon 24 à la con-30 duite 26,28 sont prévues des valves unidirectionnelles connues pour assurer que le flux du mélange gazeux s'accomplissé uniquement dans la direction indiquée par les flèches. La valve en Fig. 5 Fig. Fig. Fig. 10 70 41900 5 1068581 amont, désignée par (T) est combiné avec une embouchure calibrée convenablement réglable pour obtenir le débit de passe voulu pour une valeur de pression donnée entre l'amont et l'aval de la valve. Ces moyens sont également connus et ne seront de ce fait 5 pas autrement décrits. Sur la conduite entre le distributeur 16 et la chambre 24 sont disposées deux valves s'ouvrant dans l'ambiance extérieure, à savoir: une valve de décharge (Vs), calibrée de manière gt s'ouvrir lors du dépassement d'une pression déterminée pour empêcher 10 que la chambre 22 subisse des pressions excessives, et une valve (Va) qui sera décrite par la suite à l'appui de la i?ig.t>, cette dernière s'ouvre pendant la phase d'aspiration de manière que, pendant celle-ci, la dépression (pression négative ou subatmosphérique) dans la chambre 22 ne descende jamais au-dessous d' 15 une valeur prédéterminée, indépendamment du débit instantané de l'air aspiré. Jja fonction de ce dernier élément de soupape est très importante, étant donné qu'en limitant rigoureusement la valeur de la pression négative dans la chambre 22, le rappel du mélange gazeux dans le ballon 24 s'effectue toujours sous l'ef-20 fet d'une différence de pression prédéterminée et constante entre la conduite d'arrivée 26 et l'intérieur de ce ballon. En conséquence, une quantité constante de mélange dans l'unité de temps, à travers la valve de section calibrée (T) passe indépendamment de la fréquence des pulsations, à savoir de la vitesse 25 avec laquelle l'air est aspiré de la chambre 22, parce que la pression négative n'est pas modifiée par la variation de cette vitesse. Le mécanisme de pompage (D) est représenté à la Fig. 3. La pompe 10 comprend une culasse cylindrique dont la surface 30 intérieure 30 est osculté? par la surface extérieure 32 d'un corps cylindrique 34 de diamètre plus faible que celui de la surface intérieure 30 de la culasse, mais dont l'axe (A8) est excentré par rapport à l'axe (A") de la surface 30 et qui est monté rotatif sur un excentrique 36, susceptible de tourner autour . BAD ORIGINAL 70 41900 6 2068581 de l'axe (A"), par exemple dans le sens de la flèche (R), à 1° aide de la transmission 12 et du moteur 14 (Pig.l)-» Un, diaphragme 38 est articulé en 40 à un point de la culasse 10 et coulisse d'une manière étanche dans une fente 4.2 du corps intérieur 34. L'espace compris entre les surfaces intérieure 30 de la culasse et extérieure 32 du corps 34 se trouve ainsi divisé à tout instant en deux compartiment vS'j et (S"j, cycliquement variables» par le diaphragme 38 et par la ligne de contact instantanée, située à la Fig.3 par exemple en (P}0 L'intérieur de la pompe est en comnunication avec l'extérieur par deux passages 44 et 46, disposés à proximité et de part et d'autre du diaphragme 38 lesquels passages, en supposant que l'excentrique 36 pivote dans la direction indiquée par la flèche (R), agissent successivement en ouvertures d'aspiration et de refoulement. Des pompes de ce genre existent déjà et sont efficaces® Elles présentent cependant des inconvénients notoires lorsqu'elles sont actionnées à une vitesse soutenue (en raison de la présence de masses excentrées) et aux pressions élevées, parce que 1'étanchéité suffisante entre les différentes parties latérales et la tête est difficilement réalisable. Cette sujétion n'a aucune importance dans leur application à la présente invention, parce que la vitesse de rotation à prévoir est très faible (correspondant à la fréquence de la respiration humaine) et que la pompe est prévue pour fournir des débits largement excédentaires à ceux qui sont nécessaires de sorte que les fuites et pertes d'air, si sensibles soient-elles, n'ont aucune influence, d'autant plus qu'il n'est fait usage que de pressions positives et négatives très faibles^ pour les besoins envisagés. Les variations de volume espaces (S') et (8CI) dans ces pompes, obéissent à une loi définie par la courbe (C), représentée sur le graphique de la Fig.2, où l'ordonnée correspond au débit instantané, à savoir la variation du volume en fone- BAD ORIGINAL 70 41900 7 .1068581 tion de la rotation. (R) portée sur l'abscisse. la courbe (C') est symétrique à la courbe (C) et représente l'aspiration. la courbe (C") est sinusoïdale et représente les variations de volume d' une pompe à piston ou à soufflet traditionnelle commandée par une 5 tringlerie. La comparaison de ces courbes C et C" permet d'observer que la courbe (C), caractéristique de la pompe de la Fig.3, présente un tracé initial (Ci) d'un accroissement beaucoup plus graduel et progressif que l'allure correspondante de la sinusoïde et un. tracé intermédiaire (Cm) à pente beaucoup plus accentuée. 10 pompe est utilisée de manière à fournir une pression atteignant l'horizontale (L) correspondant à celle nécessaire au fonctionnement des appareils de respiration automatique, c'est-à-dire pendant environ un tiers du temps correspondant au cycle respiratoire complet (correspondant à deux rotations complètes de 360° de 15 l'arbre de la pompe). On obtient ainsi les progressions les plus favorables du débit par lequel l'air est pompé dans la chambre 22 pour assurer la distribution progressive du mélange gazeux dans les alvéoles pulmonaires du patient avant de procéder à l'admis- f sion du volume gazeux intégral à administrerjà chaque cycle respi-20 ratoire. Dans la muchine suivant cette invention on obtient une administration avec accroissement approximatif selon une fonction tràgonométrique quadratique du genre "sinlj ", représentée par la coui-be (C), au lieu de la fonction usuelle linéaire "sin^ " 25 des pompes à piston de type ordinaire représentée par la courbe (C"). Cette pompe fournit un refoulement pulsatoire (à chaque tour de son arbre), mais toujours dans la même direction, ce qui revient à dire que pour une rotation dans le sens de la flèche 30 (R)» l'air est toujours aspiré à travers le passage 44 et déchargé à travers le passage 46. Pour son utilisation, en tant que celle-ci concerne l'invention, c'est l'application alternative-mentjde pressions positive et négative a la chambre 22, chaque cy 70 41900 8 'C6R5G1 cle respiratoire requierant que la pompe effectue deux tours complets de 360° et que la chambre 22 soit alternativement reliée au passage d'aspiration 44 et au passage de refoulement 46 à la fin de chaque rotation de 360°. Cet effet est de préférence obtenu au moyen du distributeur 16. Ce distributeur comporte quatre passages le mettant en communication avec les compartiements 48 et 50 communiquant avec les passages 44 et 46 par la conduite 52, reliée à la chambre 22 et enfin par une conduite 54, aboutissant à l'extérieur et éventuellement utilisable pour alimenter d'autres dispositifs auxiliaires, appareils à circuit fermé et autres. Le distributeur comporte un corps rotatif essentiellement cylindrique 56, muni de passages à secteur 58 et 60 (Fig.3)» de manière qu'à chaque rotation de 90° du corps 56 les compartiments 48 et 50 soient alternativement mis en communication avec l'une ou l'autre des condui-» tes 52 et 54. Le mouvement de rotation intermittant de l'arbre 62 du corps 56 du distributeur est obtenu au moyen du mécanisme 20, comportant par exemple, comme représenté à la Fig.4/ un entraîneur sous forme d'une croix de Malte 64 connue à quatre bras, successivement en prise avec un ergot 66 lequel a la même vitesse et en concordance de phase avec l'arbre de la pompe, au moyen de la transmission 18. Il est important que la pression négative appliquée à la chambre 22 soit constante, indépendamment de la fréquence de travail du dispositif, c'est-à-dire de la vitesse à laquelle 1' air est aspiré. Le niveau de cette pression est déterminé par la valve (Va) s'ouvrant lors du dépassement d'une valeur prédéterminée en rappelant de l'air de l'extérieur. Ce rappel s'effectue à une vitesse plus ou moins soutenue aux fréquences plus ou moins élevées du cycle respiratoire pour lequel le dispositif est réglé et, par conséquent, la BAD ORIGINAL 70 41900 '060501 résistance opposée par l'air traversant la valve varie avec cette vitesse en vertu du principe physique que la résistance opposée par un fluide à travers un passage rétréci est proportionnelle au carré de sa vitesse. La valve (Va), réalisée suivant la Fig.5, répond à ces conditions tirant profit du principe suivant lequel la force attractive magnétique diminue avec le carré de la distance entre les parties magnétiquement attirées. Cette valve comporte, de préférence, un boîtier tubulaire 110 accusant à l'une de ses extrémités un épaulement 111 servant de siège à un obturateur à disque 112 dont l'abaissement permet que l'intérieur 113 du boîtier 110 communique avec l'extérieur 114 à la valve 112 ou l'air peut pénétrer dans le sens de la flèche (B) pour être guidé dans le sens de la flèche (E) à travers un raccord 116 se trouvant en communication avec la conduite 52 reliée à la chambre 22. Le boîtier 110 est complété par un capuchon 115 destiné à la fixation de la valve au bâti du dispositif. L'extrémité opposée du boîtier 110 est reliée en 117 à une bride 118 dont la partie périphérique encastre le pourtour d'un diaphragme déformable 119 contre le contour d'une bride opposée 120 et détermine au-dessous du diaphragme une chambre 121 en communication avec l'intérieur 113 du boîtier 110 de la valve. Au-dessus du diaphragme 119 est disposé un plateau 122 en matériau ferreux, susceptible d'attraction magnétique et relié à l'aide d'une tige 123 à l'obturateur à disque 112 de la valve. A la bride supérieure 120 est reliée une bobine 124 dont l'enroulement 125 est logé dans un noyau à cloche 126, formant ainsi un électroaimant pour attirer le disque 122 par une force qui peut être prédéterminée en faisant varier l'énergie électrique appliquée à l'enroulement 125 ainsi que la distance initiale du noyau 126 par rapport au plateau 122. Cette variation de distance peut être réglée, par exemple, à l'aide du filetage 127 BAD ORIGINAL 70 41900 io 106858"! du noyau 126 sur lequel est vissé la bobine 125. la partie supérieure au diaphragme 119 est en communication avec l'extérieur, . par exemple à travers le passage 128 et une flasque à rebord 130 complète la fixation du diaphragme 119. 5 En provoquant une dépression dans le sens (E) dans la cham bre 121 à travers le raccord 116 et l'intérieur 113, le disque 112 se détachera de 1'également 111 quand la dépression atteindra une valeur prédéterminée, définie par la force attractive exercée par 1'électroaimant 125»126 sur le plateau 122. Après de détache-10 ment initial/ cette force se réduit à raison du carré de la distance 129 entre la valve à disque 112 et 11épaulement 111 de telle sorte qu'entre ces éléments se forme un passage de section croissante proportionnellement au carré du débit de l'air rappelé dans le sens de la flèche (E), soit linéairement proportionnelle à la 15 résistance que cet air rencontre à l'entrée de la valve, en obtenant ainsi la constance de la dépression maximum qui est appliquée à la chambre 22, c'est-à-dire la constance désirée de la quantité de mélange rappelée dans le ballon 24 à travers la valve calibrée (T) dans l'unité de temps. 20 II est évident que la réalisation de ces conditions a une très grande importance parce qu'elles sont déterminantes pour le dosage exact des quantités du mélange gazeux à administrer (mélange comprenant des anesthésiques et autres compositions chimiques à doser avec une précision maximum et ne devant pas varier avec 25 la fréquence respiratoire). BAD ORIGINAL •41 4% M « A. /U 4IVUU 11 2068581 REVENDICATIONS Dispositif perfectionné destiné à l'alimentation d'appareils dénommés "respirateurs automatiques", comprenant un mécanisme de pompage susceptible d'appliquer alternativement une pression et une dépression à une chambre de manière à actionner un circuit connu pour l'envoi intermittent d'un mélange gazeux dans l'organe respiratoire du patient, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme de pompage pulsatoire apte à refouler de l'air à chaque cycle avec une progression de débit présentant une phase initiale très graduelle suivie d'une phase d'accroissement très rapide, combiné avec un système limitatif de pressions positive et négative, alternativement appliquée à la chambre contenant un ballon ou autre récipient flasque et sur lequel elles agissent, ce système compor tant une valve assurant la constance de la valeur maximum de la pression négative indépendamment de la fréquence des pulsations eti.e la vitesse à laquelle l'air traverse cette valve, aussitôt que l'intensité nécessaire à l'ouverture de celle-ci est atteinte. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe à action pulsatoire refoule à chaque pulsation de 1' air d'un débit dont l'augmentation, initialement faible, devient plus soutenue, cette augmentation variable se traduisant par une fonction sinusoïdale, de préférence du genre quadati-que. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pompe est du type àjpiston rotatif dans laquelle le piston est constitué par un corps cylindrique rotatif autour d'un axe d'excentrique dont l'axe de rotation se confond avec le centre de la culasse cylindrique de diamètre plus élevé de façon que ce corps cylindrique osculte la surface intérieure de la culasse, l'intecfcice subsistant étant subdivise par un diaphragme, ne participant pas a la rotation, en deux 70 4-1900 12 2068581 compartiments variant cjcLiquement, un distributeur étant en plus prévu lequel, à chaque révolution complète de 360° de l'excentrique, a pour effet d'inverser la communication entre la chambre contenant le ballon et les deux entrées de la pompe. 4). Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le distributeur de type rotatif comporte un élément répartis-seur rotatif actionné de telle sorte qu'il se déplace d'une manière intermittente de 90° à chaque rotation de l'excentrique de la pompe. 5). Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le mécanisme d'actionnement intermittent du distributeur rotatif comporte un entraîneur en forme de "croix de Malte". 6). Dispositif suivant la revendication 1 et l'une ou l'autre des revendications 2,3,4 et 5» caractérisé en ce que la valve de contrôle de la dépression maximum comporte un obturateur de soupape maintenu contre un siège par une force susceptible d' être surmontée par la dépression maximum à appliquer à la chambre contenant le ballon, cette force diminuant avec 1' augmentation de la distance de l'obturateur de soupape par rapport à son siège, lors de l'ouverture de la valve lorsque la dépression maximum est atteinte de manière que la section de passage à travers la valve croit en fonction de l'augmentation de la vitesse à laquelle l'air est rappelé à travers la valve ouverte. 7). Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu' un système électromagnétique de rappel de l'obturateur de la soupape ramène celle-ci vers sa position de fermeture à 1' encontre d'une force proportionnelle à la dépression existant à l'intérieur de la valve de manière à obtenir que cette force de rappel diminue avec l'augmentation de la. section de passage entre l'obturateur de soupape et son siège, ap 70 41900 « 2068581 proximativement en fonction du carré de la distance parcourue par l'obturateur de la soupape dans son mouvement d'éloi-gnement du siège. BAD ORIGINAL