Brevet FR2060077A1 — publié le 19710611

d. 2060077 L'objet de la présente invention est un système de commande fluidique pour respirateur artificiel de type volumétrique, qui permet d'obtenir soit la respiration automatique, soit la respiration assistée, avec commande de début de cycle donnée par le 5 patienta II est en outre possible d'avoir une ample possibilité de réglage du cycle, à fonctionnement automatique, pouvant régler soit la fréquence soit la durée de la phase inspiratoire, en ayant la possibilité de préfixer le rapport entre inspiration et expiration# Gela permet d'avoir des cycles à plateau de pression. 10 Le système de commande pour respirateur selon l'invention, est constitué par un circuit logique complété par des organes périphériques, tels que : cadre à boutons-poussoirs de commande, valves de puissance, filtre, réducteurs de pression et organes sensoriels, de façon à former un bloc de commande unique adapta-15 ble à différents circuits et valves d'air du patient. L'alimentation, soit du cadre à boutons-poussoirs et de la logique, soit de l'air de puissance qui agit directement sur le cix--cuit du patient est unique et elle peut être obtenue par connexion aux lignes normales de distribution, d'hêpital par exem-20 pie, ou par bonbonnes de gaz ou encore par. des générateurs d'air comprimé» Actuellement, beaucoup de respirateurs volumétriques du commerce sont de type électro-mécanique (type "Engstrflm") » Par rapport à ceux-ci, un respirateur contruit avec le système de commande 25 objet de la présente invention, a les avantages suivants : 1) il n'a besoin, comme seule source d'alimentation, qu.e de l'air comprimé ; 2) la fréquence des cycles est constante et absolument indépendante de toute condition de charge, étant déterminée uniquement 30 par un oscillateur du circuit logique ; ainsi, il n'est plus nécessaire de recourir à de grandes puissances pour garantir la fréquence ; 3) le rapport inspiration/expiration est facilement réglable et d'une manière sûre ; 35 4) il est facilement transportable, pouvant être réalisé sous une forme légère et compacte» Même par rapport aux respirateurs pneumatiques les avantages susmentionnés subsistent, sauf le premier» 70 29115 2 2060077 Par rapport au respirateur "Sovcor", qui utilise déjà des éléments logiques fluidiques, il a l'avantage d'Stre de type volumétrique, d'avoir le rapport inspiration/expiration réglable et de pouvoir effectuer la respiration assistée. Ce dernier avantage subsiste aussi par rapport à d'autres types de respirateurs» Selon la présente invention, le système de commande pour respirateur artificiel volumétrique est constitué essentiellement par : - un circuit logique fluidique avec organes de réglage annexes, - un cadre à boutons-poussoirs de commande qui comprend aussi le groupe pour effectuer alternativement des cycles automatiques et des cycles assistés, - un groupe de valves de puissance, avec filtre et réducteurs de pression, - un système de deux organes sensoriels qui transmettent au circuit logique les informations nécessaires au déroulement correct du cycle. Pour fixer l'objet de l'invention, sans cependant le limiter, dans les|dessins annexés : La figure 1 représente le schéma à blocs du circuit logique à fonctionnement automatique» La figure 2 illustre le schéma à blocs du, circuit logique à fonctionnement assistéo La figure 3 illustre le schéma d'un exemple de réalisation du circuit fluidique» La figure 4 représente une première variante du schéma de la figure 3. La figure 5 est une seconde variante du schéma de la figure 3 avec réglage analogique de la phase inspiratoire» La figure 6 représente le schéma général du cadre à boutons-poussoirs, du filtre et des réducteurs de pression» La figure 7 illustre le schéma d'un exemple de réalisation de certains blocs du cadre à boutons-poussoirs» La figure 8 représente une variante pour une solution alternative du schéma de la figure 6» La figure 9 illustre le schéma du système sensoriel qui signale la fin de l'envoi d'air au patient. La figure 10 représente l'organe sensoriel qui donne le départ du cycle à fonctionnement assisté. Comme on le voit à la figure 1, un oscillateur 1 à fréquence 70 29115 3 2060077 réglable, transmet ses impulsions à une chaîne de compteurs binaires 2o Une série d*éléments 3 décodifie les impulsions de la chaîne, de façon à donner en sortie des impulsions A à des frétions différentes du cycle0 Le bloc 4 comprend un élément qui don-5 ne une impulsion B au début de chaque cycle» En partant de cet instant, l'impulsion B active les sorties G et F des bistables jj et Quand la capacité élastique s'est vidée de son contenu, un signal $ qui provient de l'organe sensoriel de la figure 9 décrit dans 20 la suite de la description, actionne le "trigger" 7_ qui commute le bistable 6, permettant le vidage de la cloche et le nouveau remplissage de la capacité élastique,, La valve sur le circuit du patient sera ouverte quand un signal A arrivera au bistable _5<> A cet instant, commence 1*expiration. Le réglage du commencement 2 5 de cette phase est fait en alimentant avec le commutateur 45, un ou plusieurs des éléments de décodification, en excluant en tout cas tous ceux qui donneraient des impulsions avant l'instant voulu» Dans le schéma à blocs pour fonctionnement à cycle assisté de la 30 figure 2, certains blocs et certaines connexions sont différents. Au début du cycle,une impulsion de dépression P provenant du patient, actionne l'organe sensoriel de dépression 8_ qui commute les bistables 5 et 6 sur les sorties C et F, en commençant ainsi l'envoi d'air au patient» Le signal 3 5 ger" ]_ replace les bistables j> et. 6_ dans les conditions initiales et les prédispose ainsi pour le nouveau cycle» Dans ce cas, les bistables 5 et 6 accomplissent le même cycle et un des deux éléments pourrait être supprimé et- ses fonctions passeraient à 1'autre0 70 29115 4 2060077 Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, entre 1*oscilla-teur 9_ et les compteurs binaires _12, 13, 14_, ljj, commandés en cascade, est interposé l'élément régénérateur 113 L'oscillateur 9 peut être réalisé de différentes manières (contre-réaction, 5 sensible à la charge, etc»»»»), mais le type qui s* est révélé particulièrement approprié est un type à induction dont la fréquence est réglée en variant la capacité 1J0 placée sur la branche non utilisée pour les compteurs» L'élément 11 n'est pas indispensable ; -il est nécessaire si les impulsions de l'oscilla-10 teur ne sont pas suffisantes pour commander les compteurs» Les éléments OR-NQR JL6, 17_, _18, 19, 20 sont les éléments de décodification» En indiquant avec U et D les deux états différents des compteurs, les fractions réalisées et les signaux d'entrée correspondants sont : 4/16 ; 12U, 14D, 15ÏÏ» 5/l6 ; 15 12D, 14D, 15U» 6/16 ; 12U, 13D, 14D, 15U, 7/16 ; 12D, 13D, 14D, 15U» 8/16 ; 13U, 15D. Les signaux 15U ne sont pas essentiels et ils évitent seulement d'avoir d'autres signaux de commande dans la seconde moitié du cycle. Gomme élément pour donner le signal de début de cycle, il y a le limiteur d'impulsion 22 qui 20 reçoit le signal !E du compteur 15» Le circuit formé par les éléments 2j3, 24, _25t 26 signale si l'évacuation de la capacité élastique, et donc la phase où il y a un flux d'air vers le patient, est terminée avant ou après les 2/16 du cycle» L'OR-NOR _23 commandé par les signaux 13ÏÏ, 14ÏÏ, 25 15ÏÏ, donne un signal L qui dure pendant les premiers 2/16 du cycle» Si le signal de fin d'envoi G arrive après cette période, l'OR-NOR 24^ qui peut être inhibé, commute le bistable 2_5 sur la position T» Si le signal G arrive tant que L est encore présent, l'OR-NOR 26_ se commute et porte le bistable 2_5 sur la position 30 R» Deux voyants, reliés avec T et R, permettent de contrêler de l'extérieur de la boîte de commande, laquelle des deux situations s'est véi'ifiée» Dans la variante de la figure 4, le limiteur 22^ est sxibstitué par l'OR-NOR 27_ dont les signaux d'entrée 12U, 13ÏÏ, 14ÏÏ, 15U 35 donnent, en sortie, le signal de début du cycle B, Dans la solution de la figure 5, les éléments 17_, _18, 19, 21 sont substitués par l'OR-NOR 28_ qui peut être inhibé et le limiteur 29» L'impulsion M provenant de 1£ fait partir un signal sur la ligne de retard de l'OR-NOR 2j8 qui comprend la 70 29115 5 2060077 résistance 30 et la capacité 31. Cette ligne reste active tant que le signal n'atteint pas le contrôle préférentiel N» La ligne supplémentaire 32, assure cette circonstance même si l'impulsion M s'achève avant que toute la ligne de retard soit parcourue» 5 «Quant cela s'est vérifié, la réapparition du signal à la sortie NOR de l'élément J28 provoque une impulsion A à la sortie du limiteur 29» En variant 30 et 31^ on obtient des impulsions A différemment déphasées par rapport à M et cela permet de régler la phase ins^iratoire0 L'élément 20 assure que dans tous les cas, 10 le rapport 1 entre inspiration et expiration ne soit pas surpassé, et cela parce que le réglage du retard est, dans ce cas, indépendant de la fréquence. La figure 6 représente le schéma général du cadre à boutons-poussoirs, des valves, du filtre et des réducteurs de pression. 15 Le but principal de cette partie de l'invention est de permettre la réalisation des trois conditions : respirateur arrêté, respirateur fonctionnant à cycle assisté, respirateur fonctionnant à cycle automatique. L'air d'alimentation passe à travers l'éventuel interrupteur général 33, le filtre 34 qui pourvoit à la 20 propreté, le réducteur 3jï qui alimente les éléments fluidiques et le cadre des boutons-poussoirs, et le réducteur 36 qui envoie l'air dans la cloche. Le groupe 37, alimenté par le réducteur 3_5 et muni de boutons-poussoirs ou commutateurs, permet d'avoir des signaux en correspondance des conditions : respirateur 2 5 prédisposé au cycle assisté, respirateur prédisposé au cycle automatique, respirateur arrêté, respirateur en fonctionnement» Ces signaux vont commander directement, ou à travers des groupes intermédiaires, les valves placées entre réducteurs et éléments fluidiques et cloche» Si dans le groupe 37, on utilise un commu-30 tateiir à plusieurs positions, on peut obtenir des signaux en correspondance des conditions ; respirateur arrêté,.respirateur en fonctionnement à cycle assisté, respirateur en fonctionnement à cycle automatique» Le groupe 38_, commandé par les signaux de cycle automatique H et de cycle assisté K, à travers des com-35 mutateurs qui effectuent un changement de connexions dans le circuit fluidique, permet d'obtenir les deux types de cycles. Les commutateurs et les connexions seront examinés plus avant. Les valves 41 et 42 alimentées par le réducteur 3ji alimentent 70 29115 6 2G60077 respectivement : la valve 41, les éléments fluidiques qui sont actifs soit en cycle automatique soit en cycle assisté et, en outre, le bistable 67_ du sensoriel de dépression ; la valve 42, les éléments qui interviennent seulement en cycle automatique» 5 Les valves représentées sur la figure doivent être considérées comme monostables normalement oiivertes en absence de contrôle» Dans la pratique, les valves amplificatrices de débit "Dreloba" se sont démontrées très appropriées» Le schéma peut être aussi réalisé avec des valves d'autre type (monostables normalement 10 fermées, bistables, etc.».»}; avec des modifications évidentes. La valve 41 est commandée par le signal de respirateur arrêté Si, la valve 42 par le groupe 40 qui l'active seulement quand il se réalise la condition de respirateur en fonctionnement à cycle automatique» Le groupe 40 accomplit donc une fonction 15 logique opportune des signaux provenant du groupe 37« Le commutateur à plusieurs positions 45 a pour but d'alimenter alternativement les éléments de décodification et de réaliser ainsi des rapports inspiration/expiration différents» Le groupe 39 pourvoit à la remise à zéro des compteurs JL2, 13, 20 14, 15, afin qu'ils partent tous de la même position, chaque fois que le respirateur est démarré à cycle automatique» L'opération est obtenue avec une impulsion de commande» Cela doit se réaliser indépendamment de la séquence d'actionnement des boutons-poussoirs dans le cas où les conditions de prédis-25 position du cycle et du démarrage ne coincident paso Cela est assuré si le/'système de remise à zéro, décrit plus avant, est appliqué en aval de la valve 42 en parallèle avec le commutateur 45» En aval du réducteur 3(5 se trouvent la valve 43, actionnée par le signal de respirateur arrêté et la valve 4£ 30 commandée par le signal E du bistable 6» En agissant sur le réducteur 36_, on obtient l'envoi d'air dans la cloche à des pressions et, par conséquent, à des débits différents» On obtient ainsi le réglage de la vitesse du flux d'air envoyé au patient» Dans l'exemple de réalisation des blocs 37, 38, 39, 40 avec 35 des éléments à double membrane (type "Dreloba") de la figure 7, on a indiqué avec un cercle les alimentations et avec trois traits les communications avec l'atmosphère. Un groupe de deux éléments 46^ - 47 sont reliés de manière à obtenir un bistable qui donne, alternativement, deux signaux correspondant aux 70 29115 ? 2060077 conditions de respirateur arrêté ^ et de rêspirateur démarré V. La commutation est obtenue à l'aide des boutons-poussoirs jté et 53 gui déchargent dans l'atmosphère les chambres extérieures des élémentso En appuyant sur le bouton-poussoir _524 le signal 5 passe de S à V, et en appuyant sur le bouton-poussoir 53, le dit signal passe de T à S, Un second groupe bistable 49 et 50 réalise les conditions de prédisposition pour cycle automatique avec le signal H, et pour cycle assisté avec le signal K„ La commande, identique à la pré-10 cèdente, est obtenue à l'aide des deux boutons-poussoirs 54 et 550 Chaque signaux T et H passe à travers un élément régénérateur 48 et _51, respectivement, et va aux limiteurs d'impulsion 56 et 57» La limitation est obtenue en envoyant le signal à une chambre centrale et latérale à travers la résistance 58„ Les 14 sorties des éléments j>6 et j>7_ vont à la valve _59 dont la sortie remet les compteurs à zéro» —— L'élément 40 fait le produit logique H S = H V et donne le signal demandé Z de commande de la valve 42a Le changement du type de cycle est obtenu avec les éléments 60, 20 61^ 6_2 utilisés ici comme commutateurs commandés par les signaux H et Ko Pour cycle assisté, l'élément 60 met en communication la sortie G du "trigger" 7_ avec la commande A du bistable _59 en provoquant l'ouverture de la valve sur le circuit du patient en même temps que la cessation de l'envoi d'air dans la cloche# 25 L'élément 6_1 permet l'alimentation du bistable sensoriel de dépression 67« L'élément 62_ peut relier la sortie W de 67_ avec l'entrée _I du limiteur d'impulsion _22, avec B, ou bien relier la sortie Y du bistable sensoriel de dépression 67 avec une entrée du 0R-N0R 27_ de la figure 4. Sa présence n'est pas indis-30 pensable parce que la sortie W de 67_ peut également être reliée de manière permanente avec les bistables 5 et 6» La variante pour une solution, alternative au schéma de la figure 6, est représentée à la figure 8. La valve 4jî est supprimée et la commande X de la valve 4£ est donnée à travers un ampli-35 ficateur basse pression/haute pression, par exemple du type "Dreloba", auquel arrivent les signaux V du cadre de boutons-puussoirs et E du bistable 6^ Les connexions indiquées sur la dite figure, réalisent la fonction logique E V « L'air est 70 29115 8 2060077 envoyé en cloche seulement lorsque le respirateur est en fonctionnement et le signal E manque.. Dans le système de signalisation de la fin de l'envoi d'air au patient, représenté à la figure 9, l'inj ecteur 6J3 alimenté à 5 travers la résistance 64_ décharge librement de l'air à ^intérieur de la cloche» La présence de la résistance 64 fait que la pression L'organe sensoriel qui donne, en fonctionnement assisté, le 2Q départ du cycle, est représenté à la figure 10» L'"amplificateur fluidique 67 est adjoint à la valve élastique £8 reliée au patient P et placée de manière que lorsque la pression atmosphérique règne à l'intérieur de ladite valve, elle bouche le trou de sortie du contrôle 69„ Dans de telles conditions, la sortie 25 active est Y0 Lorsqu'à l'intérieur de la valve (68 règne une dépression, même très minime, la valve se contracte et met le contrôle 70 29115 9 2060077 REVENDICATIONS 1. Système de commande pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer soit des cycles automatiques, soit des cycles assistés, caractérisé par le fait qu'il est essentiellement constitué par un oscillateur à fréquence réglable, par une chaîne 5 de compteurs binaires, par une série d'éléments de décodification, par un élément de début de cycle, par deux bistables, par un "trigger" et un organe sensoriel de dépression et que, dans le fonctionnement automatique, l'organe sensoriel de dépression reste exclu, tandis que dans le fonctionnement assisté restent 10 exclus 1*oscillateur, les compteurs binaires, les éléments de décodification et l'élément de début de cycle. 2. Système de commande pour respirateur artificiel volumétrique automatique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ses organes sont constitués par des éléments fluidiques. 15 3. Système de commande pour respirateur artificiel volumétrique assisté selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ses organes sont constitués par des éléments fluidiques. 4. Système de commande pour respirateur artificiel volumétrique automatique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait 20 que ses organes sont constitués par des éléments électroniques. 5. Système de commande pour respirateur artificiel volumétrique assisté, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ses organes sont constitués par des éléments électroniques. 6. Système de commande pour respirateur artificiel volumétrique 25 pour effectuer des cycles automatiques et des cycles assistés, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ses organes sont constitués par des éléments fluidiques. 7. Système de commande pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer des cycles automatiques et des cycles assistés, 30 selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ses organes sont constitués par des éléments électroniques. 8. Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer des cycles automatiques, selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 6, caractérisé par le fait 35 qu'il est constitué par un oscillateur à fréquence variable, un élément régénérateur, quatre compteurs binaires, cinq; éléments de décodification, un 0R-N0U, un limiteur d'impulsion, deux 70 29115 10 2060077 bistables, un "trigger", trois autres OR-NOR dont l'un peut être inhibé et un troisième bistable dont les éléments forment un circuit pour relever si le vidage de la capacité élastique est terminé avant ou après les 2/16 du cycle» 5 9» Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer des cycles automatiques selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 6 ou 8, caractérisé par le fait que le limiteur d'impulsion est remplacé par un OR-NOR dont les signaux d'entrée donnent en sortie le signal 10 de début de cycle» 10» Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer des cycles automatiques, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 6 ou 8, caractérisé en ce que certains éléments de décodification sont remplacés par un 15 OR-NOR qui peut être inhibé et un limiteur d'impulsion» llo Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique selon l'une des revendications 1, ou 2, ou 6, ou 8 ou 9, caractérisé en ce que l'on utilise, pour régler le rapport inspiration/expiration, un commutateur à plusieurs voies en 20 alimentant un ou plusieurs des éléments de décodification et en excluant, en tout cas, tous ceux qui donneraient des impulsions avant l'instant voulu» 12» Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer soit des cycles automatiques, soit 25 des cycles assistés, selon l'une des revendications 1 ou 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un système de cadre à boutons-poussoirs et valves formé par : un interrupteur général, un filtre, un réducteur de la logique, un réducteur de puissance, un groupe capable de donner des signaux en correspondance des 30 conditions suivantes : a) respirateur prédisposé pour cycle automatique, b) respirateur prédisposé pour cycle assisté, c) respirateur arrêté, d) respirateur en fonctionnement ; un second groupe pour commuter les connexions du circuit de cycle automatique à cycle assisté et vice versa ; un troisième groupe 35 pour remettre à zéro les compteurs binaires ; un groupe logique ; quatre valves et un commutateur» 13. Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer soit des cycles automatiques, soit des cycles assistés, selon la revendication 12, caractérisé par 70 29115 îi 2060077 le fait que ledit premier groupe donne des signaux en correspondance des conditions suivantes : a) respirateur arrêté, h) respirateur fonctionnant à cycle automatique, c.) respirateur fonctionnant à cycle assisté. 5 14. Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer soit des cycles automatiques, soit des cycles assistés, selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le système de remise à zéro est placé en aval de la valve qui alimente les éléments intervenant seulement en 10 cycle automatique. 15. Système de commande fluidique poixr respirateur artificiel volumétrique pour effectuer soit des cycles automatiques soit des cycles assistés, selon la revendication 12, caractérisé en ce que la valve actionnée par le signal de respirateur arrêté 15 est supprimée et en ce que la commande de la seconde valve placée en aval du réducteur, est donnée à travers une valve à basse pression-haute pression, par exemple du type "Dreloba"o 16. Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer des cycles soit automatiques, soit 20 assistés, selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'il comprend un groupe de cadre à boutons-poussoirs formés par deux groupes bistables obtenus avec des éléments à double membrane commandés à ouverture, deux éléments régénérateurs, un élément logique ; deux limiteurs d'impulsion et une valve. 25 17. Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique selon les revendications 1, ou 6, ou 12, caractérisé en ce que, pour commuter les connexions du circuit logique en passant du cycle automatique au cycle assisté et vice versa, on utilise des éléments logiques à membrane. 30 18. Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique pour effectuer des cycles soit automatiques, soit assistés, caractérisé par le fait d'être obtenu par une combinaison des systèmes selon les revendications 1 et 12, 19. Système de commande fluidique pour respirateur artificiel 35 volumétrique selon l'une quelconque des revendications 1,2,3,6, 8 et 12, caractérisé en ce que, pour régler la vitesse du flux d' air envoyé au patient, on utilise le réducteur de puissance. 20. Système de commande fluidique pour respirateur artificiel 70 29115 V 12 2060077 volumétrique, selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 6 ou 8, caractérisé en ce que, pour signaler la fin de course de la capacité déformable, on utilise un organe sensoriel de in- proximité fluidique formé par un jecteur, une résistance et 5 ledit "trigger"» 21. Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 6 et 8, caractérisé en ce que l'on utilise, pour éviter des pressions trop élevées dans la cloche, un système formé par 10- un injecteur, un résistance et un "trigger". 22 - Système de commande fluidique pour respirateur artificiel volumétrique selon l'une quelconque des revendications 1, 3 ou 6, caractérisé par le fait que, pour obtenir des signaux aptes à commander les éléments fluidiques, on utilise une commande à 15 dépression, au moyen d'un groupe formé par un élément fluidique monostable ou rendu monostable par des résistances appropriées de charge et de polarisation, dans lequel le contrôle de polarisation est placé en face d'une valve élastique de façon que lorsque la pression surpasse la valeur désirée à l'intérieur 20 de ladite valve, le contrôle soit fermé et, lorsque la pression est inférieure, la valve se contracte de manière à mettre le contrôle en communication avec l'atmosphère, en faisant ainsi commuter l'élément et donnant les signaux voulus. 23. Respirateur artificiels volumétriques caractérisé par le 25 fait qu'ils utilisent des systèmes de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes.