Brevet FR2083377A1 — publié le 19711217

-i 2083377 L'invention concerne un injecteur de liquide destiné à un appareil respiratoire médical dans lequel, pendant une période d'inspiration d'un cycle de respiration, une quantité préalablement mesurée d'un gaz destiné au trai-$ tement d'un patient est emmagasinée dans un réservoir de mesure de volume connu sous une pression supérieure à la pression atmosphérique et transférée au patient pendant la période d'expiration subséquente du cycle. Dans les appareils respiratoires de ce genre, la quantité de gaz fournie au 10 patient par cycle de respiration est proportionnelle au produit de la pression du gaz par le volume connu du réservoir de mesure. Cette quantité peut donc être modifiée si on fait varier la pression sous laquelle le gaz destiné au patient est fourni au réservoir de mesure et emmagasiné 15 dans celui-ci. Lors de l'emploi d'appareils respiratoires médicaux, il est parfois indispensable que pendant chaque cycle de respiration, une certaine quantité de liquide soit introduite dans le gaz destiné au patient ; cette opération 20 a lieu à l'aide d'un injecteur de liquide. Généralement, la quantité de liquide qui est utilisée par cycle est très faible pet rapport à la quantité de gaz et doit donc être mesurée de façon précise. La quantité de liquide qui par cycle est introduite dans le gaz est indiquée couramment par 25 son rapport à la quantité du gaz destiné au traitement du patient. Le but de l'invention est de fourbir un inducteur de liquide destiné à des appareils respiratoires du genre mentionné dans le préambule, dans lesquels, lors 30 d'une variation de la pression du gaz destiné au patient, effectuée pour faire varier la' quantité de gaz fournie au patient, il se produit également une variation de la quantité de liquide qui par 1'injecteur est injectée dans le gaz de façon à maintenir'constant dans le mélange le rap-35 port entre les quantités de liquide et de gaz. L'invention est remarquable en ce que l'in-jecteur de liquide comporte un organe mobile dont le déplacement, à partir d'une position de départ, détermine la quantité de liquide injectée dans le gaz, ledit dépla-40 cernent étant directement proportionnel à la pression du gaz 71 09305 2 2083377 emmagasiné dans le réservoir de mesure. Un autre mode de réalisation est remarquable en ce qu'on a prévu des moyens élastiques commandant le déplacement de l'organe mobile et exerçant sur celui-ci une force agissant suivant une 5 direction opposée à celle du déplacement. Un autre mode de réalisation de l'invention est remarquable en ce que pendant la période d'inspiration ou d'expiration, la pression de gaz est utilisée pour dépla--cer un organe mobile par lequel du liquide d'un réservoir 10 est déplacé vers la quantité de gaz mesurée, alors que des moyens élastiques déterminent la longueur du déplacement dudit organe pour maintenir ainsi constant, au cas où il se produit une variation de la pression du gaz, le rapport entre les quantités de liquide et de gaz dans le mélange 15 fourni au patient. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un schéma explicatif. 20 i,a figure^ 2 montre un mode de réalisation de l'invention, l'injecteur et son système de commande fonctionnant pendant la période d'inspiration de l'appareil respiratoire. La figure 3 montre un mode de réalisation dif-25 férent de celui illustré sur la figure 2 et dans lequel du liquide est fourni à la quantité de gaz emmagasinée pendant ■une période d'expiration, le mélange de gaz et de liquide étant fourni au patient pendant la période d'inspiration subséquente. 30 Sur la figure 1, un moteur M entraîné sous l'effet d'une pression de gaz, formé par exemple par un cylindre à piston ou à soufflet et effectuant un mouvement .rectiligne lors de l'admission de gaz sous pression, est relié mécaniquement par un accouplement ML à un injecteur 35 I appartenant à un type pour lequel la quantité de liquide fournie est proportionnelle au déplacement d'un organe mobile. Une saillie E de l'accouplement ML est appliquée contre une extrémité d'un ressort de pression SP dont l'autre extrémité est appliquée contre une partie immobile. La 40 conduite d'admission 11 vers le moteur M est raccordée à un 71 09305 3 2083377 commutateur SW qui dans la position illustrée sur la figure raccorde l'entrée du moteur ^ à 1'atmosphère,cette liaison étant indiquée symboliquement par une flèche A. Dans cette situation, le ressort SP n'est pas tendu . Par l'intermé-5 diaire de la conduite 12 et de la soupape de retenue D^, du liquide provenant d'un réservoir LR est fourni à l'in-jecteur I et parvient ensuite à l'atmosphère par l'intermédiaire d'une deuxième soupape de retenue et de la conduite 13, ce qui de nouveau a été symbolisé par une flèche A. 10 Lorsque le commutateur SW est placé dans son autre position, une quantité de gaz, provenant d'une source PS contenant ce gaz sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, s'écoule, par l'intermédiaire de la conduite 14, le régulateur de pression PB. et la conduite 15i 15 vers la conduite d'admission 11 du moteur M qui de ce fait est mis en mouvement. L'accouplement mécanique ML et la partie mobile de l'injecteur se déplacent ainsi sur une distance qui est fonction de la pression du gaz et de la résistance offerte par le ressort SP, maintenant comprimé. Lorsqu'on 20 fait varier la pression du gaz, on cause ainsi une variation de la quantité du liquide fournie par l'injecteur. Si ce ressort SP est remplacé par un ressort présentant une autre constante d'élasticité, c'est-à-dire un ressort pour lequel diffère le rapport entre le déplace-25. ment et la force appliquée, il en résulte que pour une certaine pression du gaz qui est fourni au moteur,M, une autre quantité de liquide est fournie par 1'injecteur I par unité de pression de gaz. Ainsi, pour une pression déterminée, un organe commandant la constante d'élasticité peut ainsi être 30 étalonné en termes de quantités de liquides fournies lors de chaque commutation du commutateur SW. De ce qui précède, il résulte que dès que le commutateur SW raccorde le moteur M à la source de gaz PS, une certaine quantité de liquide est fournie par l'injec-35 teur I. La durée de l'injection de liquide peut être prolongée lorsque dans la conduite 13 i on place un régulateur de débit PC réduisant l'écoulement. Sur la figure 2, le clapet pneumatique à tiroir 30 est commandé par de l'air sous pression amené par des 40 conduites raccordées aux lumières de commande 29 et 36. Grâce 71 09305 4- 2083377 à un générateur pneumatique, l'air sous pression est amené à la lumière 29 pendant une période d'inspiration, alors que simultanément la lumière 36 est mise en communication avec l'atmosphère, tandis que pendant une période d'expi-5 ration, l'air sous pression est amené à la lumière 36 alors que simultanément la lumière 29 est mige en communication avec 1'atmo sphère. Le cylindre 50 contient un piston 54 dont les extrémités 51 et 52 diffèrent en surfaces, la surface de 10 l'extrémité 51 étant supérieure à celle de l'extrémité 52. 0e piston 54 divise le cylindre en deux réservoirs V1 et V2. Pendant la période d'expiration, du gaz qui se trouve dans le réservoir V2 est déplacé vers le réçervoir V1 par l'in-termédiaire des conduites 53, 47 et 49 car le tiroir du 15 clapet 30 se trouve alors dans sa position autre que celle illustrée sur la figure, de sorte qu'une liaison est établie entre les lumières 47 et 48 du clapet 30 . Par une source de pression non représentée, une quantité de gaz additionnelle sous pression est fournie à la lumière 43 et ensuite 20 au réservoir V1, sous une pression qui est déterminée par le régulateur de pression 45 placé entre les lumières 47 et 43,^ette alimentation en gaz ayant lieu par l'intermédiaire des conduites 44 et 46. Pendant une période d'expiration, le piston 54 se déplace vers la gauche, ce qui 25 fait croître le contenu du réservoir V1 jusqu'à un contenu maximal pour lequel le piston se trouve dans sa position d'extrême gauche. La quantité de gaz susceptible d'être emmagasinée dans le réservoir V1 qui est le réservoir de mesure, est égale au produit du contenu maximal du réser-30 voir de mesure VI par la pression de gaz déterminée par le régulateur 45. Pendant la période d'inspiration, le clapet 30 établit une liaison entre les lumières 48 et 55, ce qui correspond à la situation illustrée sur la figure 2 ; par 35 l'intermédiaire des conduites 49 et 56, le gaz s'écoule alors du réservoir V1 vers le régulateur de débit 56 et à partir de celui-ci vers un patient par l'intermédiaire de la conduite 58. Pendant cette période, la pression du gaz dans la conduite 56 est quasi constante, car le déplacement du 40 piston 54 a lieu vers la droite sous l'influence d'une près- 71 09305 5 2083377 sion de gaz provenant du régulateur 45 et appliquée au réservoir Y1 par l'intermédiaire des conduites 46 et 53- Pour réaliser l'injection de liquide au cours d'une période d'inspiration, on utilise la pression dans la 5 conduite 56 en appliquant celle-ci au cylindre 20A par l'intermédiaire de la conduite 21. Par une tige de piston 20B, les mouvements du piston 20 qui en résultent sous l'influence de la pression de gaz sont transmis au plongeur 22 se trouvant dans le cylindre 22A, ce plonteur 22 et ce cylindre 10 22B formant ensemble un injecteur. De préférence, le diamètre du piston 20 est supérieur à celui du plongeur 22, et très inférieur à celui du piston 54. Un collier 20C, fixé sur la tige de piston 20B, coopère avec une extrémité d'une lame élastique 23 dont l'autre extrémité est solidaire d'un 15 barreau d'ancrage 23A. la position d'un autre "barreau 23B, pouvant coulisser sur le barreau 23A, détermine le point de flexion de la lame élastique 23- Les deux barreaux 23A et 23B et le collier 20C sont placés de telle façon qu'en l'absence d'une pression dans le cylindre 20A, la lame 23 ne 20 soit pratiquement pas tendue, et que le volume.de-1'espace entre le piston 20 et le cylindre 20A soit pratiquement égal à zéro. A partir d'un réservoir de liquide non représenté, une quantité de liquide est fournie au cylindre 22A 25 par l'intermédiaire de la conduite 24 et de la soupape de retenue D1. Ce liquide peut quitter ce cylindre par l'intermédiaire de la conduite 25 équipée d'une soupape de retenue D2 . Un ressert impose une certaine charge élastique à cette soupape D2 pour empêcher que sous l'influence de la 30 colonne.de liquide dans le réservoir et dans 1'injecteur, du liquide puisse s'échapper à travers ladite soupape D2. Par l'intermédiaire de la conduite 25, du régulateur de pression 26 et de la conduite 27 'qui débouche dans la conduite de gaz 58, le liquide est conduit vers le patient. 35 Des moyens de réglage connus permettent de dé placer le barreau 23B par rapport au barreau 23A. Etant donné que de cette façon, on modifie la constante d'élasticité de la lame élastique 23, on peut étalonner le réglage en termes de quantités de liquide injectées. Si on modifie le réglage 71 09305 6 2083377 du régulateur de pression 45, on n'influence pas uniquement la quantité de liquide qui est injectée pour un réglage déterminé de lame élastique 23, mais également la quantité de gaz qui par cycle d'expiration est emmagasinée dans le ré-5 servoir de mesure V1,c'est-à-dire la quantité de gaz qui est amenée au patient au cours de la période d'inspiration subséquente. Le moyen utilisé pour ajuster la position du barreau 23B peut donc être étalonné en termes de rapports 10 entre les quantités de liquide et de gaz par cycle de respiration, ou, pour une température déterminée et avec ion liquide volatil, en termes de pourcentages des quantités de vapeur de liquide et de gaz, ces rapports restant constants si par une variation de la pression de gaz, il se 15 produit une variation de la q-uantité de gaz par cycle de respiration. .On se rend compte qu'un tel système présente quelques inconvénients. Parmi ceux-ci, on peut noter par exemple : 20 a) Le piston 54 ayant atteint sa position d'ex trême droite alors qu'également le clapet 30 a changé de position à la fin d'une période d'inspiration, la pression du gaz, fourni au patient par l'intermédiaire du régulateur de débit 57 et se trouvant dans le cylindre 20A, varie 25 exponentiellement. Cet inconvénient peut être rendu négligeable si on fait en sorte que le contenu du cylindre 20A soit faible par rapport au contenu maximal du réservoir de mesure V1, et soit en outre réduit dans le sens absolu. Ceci est facilement réalisable en raison de ce que la quan-30 tité de liquide à injecter est petite. b) Pour faire en sorte qu'à la conduite 58 et au patient, le liquide de 1'injecteur soit fourni dans l'intervalle de temps qui est réglé pour la période d'inspiration, on doit seulement régler le circuit pneumatique et le 35 régulateur de débit 57 de l'appareil respiratoire, mais également le régulateur de débit 26. c) La flexion de la lame élastique 23 est proportionnelle au cube de sa longueur effective, de sorte que la quantité du liquide injecté y est également proportion- 40 nelle ; il est donc difficile d'établir une échelle linéaire 71 09305 ? 2083377 sur les moyens de réglage. Les inconvénients précités peuvent être évités „ entièrement ou en partie lors de l'emploi du système d'injection illustré sur la figure 3, le liquide étant injecté 5 dans le gaz pendant une période d'expiration, le mélange de gaz et de liquide étant amené au patient au cours de la période d'inspiration subséquente. Sur ladite figure 3, on remarque deux membranes rigides 70 et 72, disposées entre les parties 74, 75 et 76. 10 Ces membranes sont reliées par une pièce d'écartement 79' Une partie 71 entoure la membrane 70, tandis qu'une partie 7? eatèure la membrane 72, de sorte que l'on forme deux réservoirs V1 et Y2 à lumières d'admission 83, 83A et 82. 15 La partie assurant l'injection de liquide com porte le soufflet 30, agencé de manière étanche à l'air dans un récipient 30A, de sorte que se forme un réservoir V3. Lorsque du gaz sous pression est fourni au réservoir 73 par l'intermédiaire de la conduite 31C, le soufflet 30 20 commande, par une tige de piston 30B, un plongeur 32 qui se trouve dans le cylindre 32A. Le plongeur 32 et ce cylindre 32A appartiennent au moins en partie à l'injecteur. Par l'intermédiaire d'une conduite de liquide 34 et de la soupape de retenue D1, du liquide provenant d'un 25 réservoir non représenté est fourni à 1'injecteur, et quitte celui-ci par l'intermédiaire de la conduite 35 renfermant la deuxième soupape de retenue D2 qui, étant fermée, subit en permanence la charge d'une faible tension élastique. Une extrémité d'un ressort 33 est fixée à un 30 bâti d'ancrage 33A portant une articulation 33B pouvant coulisser. Un barreau 33C peut basculer autour de l'articulation 33®, une des extrémités du barreau 33C étant raccordée à l'autre extrémité du ressort 33» L'autre extrémité . du barreau 33C est en fotme de fourche et s'adapte autour 35 de la tige de piston 30B dans lequel se trouve une cheville 30C qui coopère avec la face supérieure du barreau 33C. Pendant ses mouvements, le barreau 33C est guidé par deux paires de montants 33D, élaborés sur le bâti d'ancrage 33A. D'autres moyens, non représentés, empêchent le mouvement 40 horizontal du barreau 33C par rapport à la cheville 30G. 71 09305 s 2083377 Dans ce système d'injection fonctionnant pendant la période d'expiration, il est essentiel que la face du soufflet 30, soumise à la pression et correspondant à la surface du piston 20 sur la figure 2, ait une surface active 5 plus grande que celle du plongeur 32. Le gaz destiné au traitement du patient est fourni à l'appareil respiratoire à travers la lumière 36 et passe, par la conduite 37, vers le régulateur de pression 38 et de là vers la lumière 82 du réservoir Y2 par l'inter-10 médiaire de la conduite 31- Des dérivations 3"1A et 31B de la conduite 31 conduisent le gaz vers les deux lumières A des deux clapets 39 et 40. Ceux-ci fonctionnent à l'unisson et peuvent être commandés soit mécaniquement soit par d'autres moyens. Lorsqu'à partir de leur position illustrée par 15 la figure 3, les clapets sont mis dans leur autre position, la période d'inspiration prend fin alors que commence une période d'expiration qui, à son tour, prend fin lorsque les clapets sont commutés de façon à occuper de nouveau la position illustrée sur la figure. Les moyens de commande et les 20 moyens générateurs utilisés pour la commande de ces clapets n'ont pas été représentés sur la- figure . Le gaz qui est fourni à la lumière 82 se détend pendant une période d'inspiration, et augmente ainsi le contenu du réservoir V2, ce qui à son- tour évacue à tra-25 vers Ha lumière 83A le gaz se trouvant dans le réservoir V1, ce gaz se déplaçant ensuite, par l'intermédiaire d'une conduite 41, des lumières B et C du clapet 40, d'une conduite 56, d'un régulateur de débit 57 et d'une conduite 58 vers un patient mis en communication avec cette conduite. Tendant 30 cette période, le contenu du réservoir V3 est réduit à sa valeur minimale, qui pratiquement peut être égale à zéro, en raison de ce que la conduite 31C est raccordée à l'atmosphère par l'intermédiaire des lumières B et C du clapet 39-Ceci a été indiqué sur la figure par une flèche sortant de 35 la lumière C. Lorsque le contenu du réservoir V3 est devenu minimal, ni le soufflet 30 par exemple métallique, ni le ressort 33 ne sont tendus, mais lacheville 30C est en contact avec le barreau 33C. Lorsque les clapets 39 et 40 sont commutés de 40 façon à occuper la position correspondant à l'expiration, la 71 09305 9 2083377 liaison avec le patient est interrompue près de la lumière C du clapet 40, tandis que par l'intermédiaire des lumières A et B de ce clapet 40t le gaz est fourni sous pression aù réservoir de mesure V1, l'ensemble des membranes étant 5 ainsi déplacé de façon à occuper la position illustrée sur la figure. En même temps, dans le clapet 30, -une liaison est établie entre les lumières A et B alors que la pression est fournie au réservoir V3, de sorte que le soufflet 30 est comprimé et le plongeur 32 déplacé. La longueur de ce 10 déplacement et la quantité de liquide alors injectée sont déterminées par les forces qui contrecarrent la pression dans le réservoir V3. Cès forces comportent la force élastique accumulée dans le réssort étiré 33, multipliée par un rapport de leviers qui est fonction de la position de 15 l'articulation 33B, force à laquelle s'ajoute la force de pression que possède le gaz dans le réservoir de mesure V1 et qui agit sur le plongeur 32, ainsi que la force de pression exercée par le soufflet comprimé 30. La pression dans le réservoir V1 peut être 20 considérée comme constante, étant donné que cette pression est réglée par le régulateur 38 ; cette pression règne également dans le réservoir V3, de sorte que pour chaque position de l'articulation 33B, la longueur du mouvement du plongeur 32 est proportionnelle à la pression qui, par 25 période d'inspiration, détermine la quantité de gaz destinée au patient. Comme sur la figure 2, ladite position peut donc être' étalonnée en termes de rapports des quantités de liquide et de gaz dans le mélange. Le déplacement de l'articulation 33B peut se 30 faire, comme sur la figure 2, à l'aide de moyens connus, par exemple un pas de vis coopérant avec un écrou, un étrier combiné avec un engrenage, ou une came associée à un ressort. Etant donné que la force exercée par le ressort 33 est proportionnelle au rapport Ds/Dp (dans lequel Ds est 35 la distance entre le ressort et l'articulation, alors que Dp est la distance entre celle-ci et la cheville 30B), l'étalonnage du déplacement de l'articulation 33B a lieu d'une façon plus linéaire que dans le cas où l'on utilise la lame élastique illustrée sur la figure 2. Lorsque pour li-40 néariser l'échelle on utilise une came, celle-ci peut pré 71 09305 10 2083377 senter un profil moins abrupt. Les figures 2 et 3 montrent un injecteur du type simple à plongeur. Ce type d'injecteur peut être remplacé par un type plus compliqué, par exemple celui décrit dans 5 la demande de brevet britannique déposée le 18 Mars 1970 sous le No .5108/69. Sur la figure 3 de cett: demande illustrant ce type plus compliqué d1injecteur, le piston 72 correspond au plongeur 22 ou 32. Sur la figure 3 de la présente demande, la ligne 31D en pointillé représente une source de 10 gaz so^as pression pour le cylindre 66 de la figure 3 de ladite demande de brevet britannique. Les petits rectangles en pointillé se trouvant dans des lignes 31D et 31C indiquent des moyens - par exemple des rétrécissements et/ou des soupapes de retenue - pour le contrôle du comportement requis 15 des deux parties mobiles de 1'injecteur plus compliqué. Dans un tel injecteur, la soupape de retenue D1 est superflue, alors que la soupape de retenue D2 se trouve dans 1'injecteur. Le gaz qui, pà partir du réservoir 73 s'échappe dans l'atmosphère par l'intermédiaire de la lumière C du 20 clapet 39, signifie une perte, qui peut être petite grâce au faible contenu du réservoir V3. Cetté perte de gaz peut être supprimée lorsque la lumière C du clapet 39 est raccordée à la conduite 58, et ainsi donc au patient. Il est possible de réaliser autrement les diffé-25 rentes parties du système d'injection illustré sur la figure 3# Le soufflet 30 et le récipient 30A peuvent être remplacés par un piston et un cylindre, illustrés sur la figure 2, alors que le ressort de traction peut également être remplacé par d'autres moyens élastiques pourvus d'une caractéristique d'é-30 lasticité linéaire. Lorsqu'on utilise un injecteur de type simple, tel que celui illustré sur les figures 2 et 3, il est possible de placer le cylindre 32A dans la paroi du réservoir 71, par exemple la paroi 75 sur la figure 3« D'autres modifications encore sont possibles. 35 Sur la figure 2, il est par exemple possible de supprimer le régulateur 26 ; dans ce cas, la conduite 25 doit être raccordée à la conduite 56 en un point situé en aval de la liaison à la conduite 21. Dans ce cas, le piston 20 doit avoir un diamètre plus grand que le plongeur 22, alors que de préférence, 40 il faut placer une troisième soupape de retenue dans la condui 71 09305 n 2083377 56 entre les points de dérivation associés aux conduites 21 et 25, pour empêcher ainsi l'admission de liquide vers la conduite 21. La lame élastique 23 peut avoir une dimension transversale variable le long de•la lame, ou être remplacée par un système de plusieurs lames élastiques pour obtenir une échelle plus linéaire pour le moyen permettant le réglage de la position du "barreau 23B. 71 09305 12 2083377 REVENDICATIONS 1.- Injecteur de liquide destiné à un appareil respiratoire médical dans lequel, pendant une période d'inspiration d'un cycle de respiration, une quantité préalable- 5 ment mesurée d'un gaz destiné au traitement d'un patient est emmagasinée dans un réservoir de mesure de volume connu à une pression supérieure à la pression atmosphérique, et amenée au patient pendant la période d'expiration subséquente du cycle, caractérisé en ce que 1'injecteur de liquide com-10 porte un organe mobile dont le déplacement à partir d'une position de départ, détermine la quantité de liquide injectée dans le gaz, ledit déplacement étant directement proportionnel à la pression du gaz emmagasiné dans le réservoir de mesure. 2.- Injecteur de liquide selon la revendication 15 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens élastiques commandant le déplacement de l'organe mobile et exerçant sur celui-ci une force agissant suivant une direction opposée à celle do. déplacement. 5.- Injecteur de liquide selon la revendication 20 1, caractérisé en ce que, pendant la période d'inspiration ou d'expiration, la pression du gaz est utilisée pour déplacer un orgajie mobile par lequel du liquide d'un réservoir est déplacé vers la quantité de gaz mesurée, alors que des moyens élastiques déterminent la longueur du déplacement 25 dudit organe pour maintenir ainsi constant, au cas où il se produit une variation de la pression du gaz, le rapport entre les quantités de liquide et le gaz dans le mélange fourni au patient.