Brevet FR2202704A1 — publié le 19740510

La présente invention concerne un dispositif de commande pour un appareil respirateur. On sait que les appareils respirateurs destinés à assister la respiration naturelle sont, en général, commandés à cadence rythmée, fixe, par un mécanisme d'horloge à fonctionnement électrique ou pneumatique. Cependant, la régularité de fonctionnement imposée par lthcrloge ne convient pas lorsque le rythme respiratoire du patient est irrégulier. La présente invention concerne des moyens permettant la commande du respirateur à la demande du patient, c'està-dire assurant l'arrivée d'air ou autre gaz respirable dès que le patient débute une inspiration, tandis que la fermeture de cette arrivée d'air est assurée lorsque le besoin en air du patient étant satisfait, la pression dans la conduite d'amenée augmente à un niveau choisi à l'avance. A cette fin, selon l'invention, la conduite amenant au patient un gaz respirable comprend une vanne commandée et, au delà de cette vanne, un capteur de pression comprenant un boîtier communiquant avec ladite conduite et fermé par une membrane dont la face tournée vers l'air libre est soutenue, sur une partie de sa surface, par un organe rigide, les signaux de commande de la vanne étant prélevés, pour l'ouverture, d'un détecteur de déformation de la membrane vers l'intérieur et, pour la fermeture, de la déformation vers ltextérieur. Grâce au soutien de la membrane dans sa déforma twon vers l'extérieur du boîtier, un accroissement de pression relativement important à l'intérieur de la conduite entraîne une déformation de la membrane qui est du même ordre que celle qui peut être provoquée sur cette même membrane,vers l'intérieur, par la faible dépression due à l'effort d'inspiration d'un patient. On peut ainsi obtenir des signaux équilibrés pour la commande de la vanne. Dans une forme avantageuse de réalisation de l'invention, un point de la membrane est rigidement relié à un organe flexible dont les faces portent des jauges de contrainte montées en pont avec des résistances de référence, et les signaux électriques ainsi produits sont dirigés vers les deux entrées d'une bascule électronique bistable dont l'une des sorties, après amplification du courant qu'elle débite, alimente ltélectrovanne. De préférence, à la bascule peuvent être associés, par la voie d'un inverseur, deux montages auxiliaires à circuit RC, de façon à transformer la bascule en multivibrateur, c'està-dire en montage d'horloge pour la commande de l'électrovanne. Pour permettre à la dépression créée par le patient d'agir immédiatement sur la membrane du capteur de pression, l'électrovanne est, de préférence, à trois voies pour mettre en communication avec l'extérieur, par l'intermédiaire d'un clapet de refoulement léger, la portion de conduite comprise entre cette électrovanne et le patient. Ainsi, cette portion de conduite s'établit à la pression atmosphérique dès que l'électrovanne est fermée et, la dépression créée par le patient refermant le clapet de refoulement, cette dépression peut agir effectivement sur la membrane du capteur. Par sécurité, le signal correspondant au niveau supérieur de pression (c'est-à-dire à la pression maximale admise pour l'alimentation en air du patient) déclenche un temporisateur dont le signal de sortie est dirigé, en parallèle avec le signal de niveau inférieur (associé à la dépression dans la portion terminale de conduite), vers l'entrée correspondante de la bascule électronique. Les dessins annexés permettront de bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 est une vue en plan d'un capteur de pression et de dépression. La figure 2 est la coupe par Il-Il de la figure 1. La figure 3 représente schématiquement un respirateur commandé conformément à l'invention. Le capteur montré sur les figures 1 et 2 comprend une membrane circulaire plane 1 fixée à une plaque 2, concentriquement à une ouverture 3 ménagée dans cette plaque. La fixation est assurée par le boîtier en forme de coupelle 4, dans lequel sont engagées les vis 5 traversant la plaque 2. La plaque 2 est avantageusement en stratifié de verre et de résine et elle peut s'étendre à volonté sur la gauche du dessin pour servir de support aux organes électriques décrits dans la suite. La membrane 1 peut être en métal ou en matière plastique rigide et mince telle que celle connue commercialement sous le nom de "Stabilène". La coupelle 4 comporte, en son centre, un raccord tubulaire 4a pour pouvoir être branchée sur une conduite d'alimentation d'un patient en gaz respirable. La membrane 1 est reliée en son centre, par l'entretoise 6, à une lame flexible 7 dont une extrémité est pincée entre deux plaquettes 8 et dont l'autre repose élastiquement sur l'extrémité d'une vis de réglage 9. Sur les deux faces de la plaquette sont fixées les jauges de contrainte 10 et 11 montées en pont avec deux résistances de référence 12 et 13 (voir figure 3) pour fournir les signaux de commande. Ainsi, lorsqu'une pression s'exerce dans le boîtier 4 en raison de l'appui de la membrane contre la plaque, seule est déformée vers l'extérieur la portion centrale de la membrane, comme indiqué par le pointillé la, tandis que, lorsqu'une dépression est admise dans ce boîtier, la membrane se déforme comme indiqué par la ligne lb. De la sorte une dépression, dont la valeur est une dizaine de fois inférieure à la pression maximale d'alimentation en air, peut produire, sur la lame 7, une déformation de meme amplitude que cette pression, c' est-à-dire imposer des déformations du même ordre mais de sens opposés aux jauges 10 et 11. Le respirateur schématiquement illustré sur la figure 3 comprend une source de gaz respirable sous pression 14 (air éventuellement enrichi d'oxygène, oxygène pur) qui, par une canalisation 18, alimente un embout buccal 19. L'arrivée de ce gaz est commandée par une électrovanne à trois voies 15 nornalement fermée et qui comporte l'enroulement d'excitation 16. Au delà de l'électrovanne, le débit de gaz peut être commandé par un robinet 17 laminant le courant gazeux. Sur la portion de conduite comprise entre le robinet et l'embout sont piqués le manomètre 20 et le capteur de pression 21 illustré par les figures 1 et 2. En raison du montage en pont des jauges 10,11 et des résistances 12, 13, des signaux de sens opposés, suivant que le capteur est soumis à une pression ou à une dépression, sont transmis à l'amplificateur 31. La vis 9 permet de régler le montage au zéro lorsque le capteur est libre de toute pression ou dépression. Ainsi, les jauges fournissent un signal fonction de la pression règnant dans la capsule. Les signaux de pression ou de dépression, après passage dans l'amplificateur 31, sont dirigés vers deux amplificateurs différentiels 32A et 32B comportant chacun une entrée de référence polarisée par un potentiomètre (33A et 33B respectivement). Le montage 32A, 33A détecte les pressions positives et, par réglage du potentiomètre, il peut être ajusté par exemple de zéro à 100 mb, la pression étant lue sur le manomètre 20. Cette pression est choisie pour bien remplir les poumons du patient sans l'étouffer. Le montage 32B, 33B détecte, au contraire, les pressions négatives et peut être réglé par exemple entre -lmb et -10 mb. La pression correspondante peut être lue aussi sur le-manomètre 20. En pratique, on la détermine pour le confort du patient, de façon qu'un signal soit déclenché lorsque celui-ci effectue un effort d'inspiration normal. Par les bras de l'inverseur double 26A et 26B, dans la position représentée en traits pleins, les sorties des amplificateurs différentiels sont reliées aux deux entrées d'une bascule électronique bistable 34. L'une des sorties de celle-ci (correspondant à l'amplificateur 32B), par l'amplificateur de puissance 35, alimente l'enroulement 16 de l'électro- vanne 15. En outre, la sortie de l'amplificateur 32A commande un montage temporisateur 37 à durée fixe de deux à cinq secondes, par exemple de trois secondes, dont la sortie est reliée à celle de l'amplificateur 32B. Dans une telle réalisation, lorsque la pression positive de réglage est atteinte dans la canalisation 18, un signal est envoyé à la bascule 34, ce qui, par le changement d'état de celle-ci, ferme l'électrovanne et déclenche le temporisateur 37. Le malade expire alors l'air qu'il avait inspiré et, au bout d'un certain temps, par son aspiration, il met en dépression le tuyau 18, ce qui fait apparaître un signal à la sortie de l'amplificateur 32B et, à nouveau, fait changer d'état la bascule 34 et provoque l'ouverture de l'électrovanne 15. Si l'inspiration est insuffisante ou trop tardive, le temporisateur 37 fournit le signal nécessaire. Ne recevant plus de signal de la sortie de l'amplificateur 32A, ce temporisateur reprend son état de repos et il est prêt à entrer en service à la fin de l'inspiration suivante, lorsqu'un signal apparaît à la sortie de l'amplificateur 32A. Comme déjà indiqué, l'électrovanne 17 est à trois voies et la troisième voie 38, à l'état fermé de la valve, met en communication avec l'extérieur le tuyau 18 par l'intermédiaire d'un léger clapet 39 (par exemple une rondelle souple d'élastomère à fixation centrale). Ainsi, dès que l1électro- vanne est fermée,-le tuyau 18 se vide de toute surpression par rapport à l'atmosphère et l'aspiration du patient y fait immédiatement apparaître une dépression en plaquant le clapet 39 contre la sortie du tube 38. L'inverseur double 26A, 26B, dans la position en pointillés, isole la bascule 34 des amplificateurs différentiels et associe cette bascule aux montages complémentaires capacitifs 40A et 40B, comportant les potentiomètres de charge couplés 41A et 41B qui transforment cette bascule en multivibrateur. Le couplage des potentiomètres est tel que le rapport du temps de basculement, du côté du montage 40A, soit toujours la moitié de celui qui est obtenu du côté du montage 40B. On obtient ainsi automatiquement une cadence imposée de respiration avec un temps d'expiration double du temps d'inspiration, ce qui, dans la plupart des cas est favorable. Pour l'usage médical, la fréquence peut être réglée de 10 à 60 expirations et inspirations par minute. Cependant, pour l'usage vétérinaire, suivant les espèces animales, cette gamme doit être plus étendue. En pratique, la cadence respiratoire à la minute de l'appareil peut être ajustée entre un et cent. L'invention s'applique à toutes les affections nécessitant l'emploi de respirateur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande pour un respirateur comportant une source de gaz respirable sous pression et une vanne commandée sur la conduite allant de ladite source à l'embout buccal du malade, caractérisé en ce que, sur la portion de conduite comprise entre la vanne et l'embout, est branché un capteur de pression comprenant un boîtier qui communique avec ladite conduite et qui est fermé par une membrane dont la face tournée vers l'air libre est soutenue, sur une partie de sa surface, par un organe rigide, les signaux de commande de la vanne étant prélevés, pour l'ouverture, d'un détecteur d'une déformation déterminée de la membrane vers l'intérieur et, pour la fermeture, d'un détecteur d'une déformation déterminée de cette membrane vers l'extérieur. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un point de la membrane est rigidement relié à une lame flexible élastiquement et les détecteurs de déformation sont des jauges de contrainte fixées sur les faces de cette lame flexible et montées en pont de Wheatstone avec des résistances de référence. 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lame flexible est encastrée à une extrémité et appuyée par l'autre sur un organe mobile de réglage de la déformation initiale de cette lame, de façon que le pont soit en équilibre lorsque le capteur est au repos. 4. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane est une feuille circulaire rigide appliquée contre une plaque plane présentant une ouverture de diamètre sensiblement plus petit que celui de cette membrane, tandis que le boîtier, de plus grand diamètre que cette ouverture, est assemblé avec ladite plaque en enserrant le bord de la membrane. 5. Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque est en matière isolante et supporte les composants électriques et électroniques du dispositif. 6. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vanne commandée est une électrovanne et les signaux, prélevés du pont de Wheatstone, sont dirigés à travers deux amplificateurs différentiels à seuil vers les deux entrées d'une bascule électronique dont une sortie alimente l'enroulement de l'électrovanne. 7. Dispositif de commande selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que ladite portion de conduite comporte un manomètre à aiguille pour le réglage des potentiomètres déterminant le niveau des seuils des amplificateurs différentiels. 8. Dispositif de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux entrées de la bascule sont commandées par un inverseur double permettant la connexion à ces entrées, soit des deux amplificateurs différentiels, soit de deux montages auxiliaires à circuit RC transformant la bascule en montage multivibrateur. 9. Dispositif de commande selon les revendications 6 et 8, caractérisé en ce que les circuits auxiliaires comportent des potentiomètres couplés de façon que la durée de mise sous tension de la sortie de bascule alimentant l'électrovanne soit double de la durée de mise sous tension de l'autre sortie. 10. Dispositif de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'électrovanne est à trois voies, la troisième voie, servant de mise à l'air libre de la portion de canalisation aboutissant au patient lorsque l'électrovanne est fermée comportant un clapet de refoulement. 11. Dispositif de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que la sortie de l'amplificateur différentiel recevant le signal de pression de niveau supérieur est reliée à un temporisateur dont la sortie est reliée, en parallèle avec la sortie du second amplificateur différentiel, à l'entrée correspondante de la bascule.