Brevet FR2366845A1 — publié le 19780505

la présente invention concerne un procédé pour commander et contrôler les grandeurs de sortie d'un ap pareillage de ventilation en fonction de paramètres physiolo giques relevés sur le patient sous ventilation au moyen d'un appareil de mesure au moins à intervalles de temps prédétermi- nés et de préférence de manière continue ainsi qu'un appareil lage de ventilation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Au moyen de l'appareillage de ventilation on maintient pour le padent sous ventilation l'échange respiratoi re, soit prévu, soit souhaité pour lui d'oxygène (Q2) et d'anhy dride carbonique (CO2). A ce suiet l'adaptation optimale au patient sous ventilation est d'importance capitale. On connait un appareillage de ventilation per mettant au moyen de soupapes asservi;s--commandées et contrdlées électroniquement de commander et contrtler les grandeurs de sortie de l'appareillage de ventilation suivant les grandeurs de mesure obtenues du patient sous ventilation. Dans un procédé connu, on fait alors appel comme variable d'état pour l'action de commande et contrôle (grandeur réglée) å la pression partielle en oxygène du sang artériel du patient sous ventilation.Les tensions admises de manière continue à l'amplifica- teur de mesure de la pa 2 sont transmises à un amplificateur qui. compare la valeur de tension momentanée à une valeur de consigne ajustée par l'intermédiaire d'un potentiomètre. L'amplificateur commande, par l'intermédiaire d'un élément de retard en fonction des écarts de tension entre la valeur de con signe-prédéterminée et la valeur actuelle mesurée, une grandeur de sortie déterminée de l'appareillage de ventilation (gran deut riglante). ta réalisation antérieure présente l'inconvé- nient que la raison de l'écart de la valeur actuelle n'est pas diagnostiquée de sorte que, le cas échéant, la commande des grandeurs de sortie de 1'appareillage de ventilation aurait lieu de manière non physiologique. (Methodik der Beatmung de V. Schulz, dans Intensivmedizin, 13, p. 133-147, 1976). On connaît encore un autre appareillage de ventilation avec un appareil de ventilation, commandé et controlé par les grandeurs du patient sous ventilation, comprenant un instrument de mesure des valeurs de la fonction pulmonaire mesurant au moins la compliance et la résistance des voies aériennes plus d'une fois par phase d'inspiration et d'expira- tion, et une installation de commande avec une partie de cal- cul et une partie de contrôle sélectionnant les valeurs de mesure déterminantes et fournissant au cours de la partis suivant te de la phase d'inspiration ou celle d'expiration une quantité de gaz respiratoire telle que déterminée par la partie de cal- cul en fonction des modifications de la partie immédiatement an- térieure de la phase d'inspiration ou d'expiration. L'appareillage de ventilation peut encore com- prendre un instrument de mesure d'analyses de composants gazeux du sang, également relié à l'appareillage de ventilation 'u- nité de commande et de contrOle règle la quantité de gaz respiratoire ainsi que la composition de celui-ci. Toutefois, cet appareillage de ventilation ne permet pas d'incorporer tous les paramètres afin d'assurer avantageusement une adaptation optimale au patient sous ventilation. (Demande de brevet aile- mande mise à la disposition du public DT-OS 25 05 670.6). D'après une publication on a indiqué dans lé cadre d'une recherche scientifique qu'on peut obtenir des inf or- mations supplémentaires concernant d'importants #para(a#tre; phy- siologiques à des fins de diagnostic en perturbant de façon délibérée et pendant un temps bref la composition du mélange de gaz inspiré et en mesurant la réponse au niveaul du mélange de gaz expiré.On ne peut pas observer ces para#treN physiolo- giques par des procédés "passifs" de mesure directe. Ces 6tudes théoriques ne fournissent pas d'instructipns pour concevoir un appareillage fiable de commande et de cqntr0le d'un appareil de ventilation. - ( a method to estimate pulmonary gas volume, distribution of ventilation and pulmonary capillary blood-flow in intensive care - de M.Demeester et crs. - extrait de ucom- puters in cardiology", copyright 1975 by the Institut of Elec- trical and Electronics Engineers Inc.). L'invention a pour base le problème de réaliser un procédé de commande et de contrôle d'un appareillage de ventilation dans lequel l'incorporation supplémentaire de pramb- tres dérivés de fonctions de réponse permet un contrôle sans faille avec adaptation physiologique des grandeurs de sortie d'un appareillage de ventilation. Ce problème est résolu en ce qu'additionnelle ment aux modifications de paramètres physiologiques se produi sant, à la suite de modifications de l'état du patient sous ven tilation, de manière passive, les modifications actives de va riables physiologiques sont utilisées pour contrtler l'appareil lage de ventilation, celles-ci résultant d'une perturbation dé terminée et répétée des grandeurs de sortie de l'appareillage de ventilation. Cette réalisation offre l'avantage qu'en plus du contrôle de l'appareillage de ventilation par les modifications passives des paramètres physiologiques, c'est-à-dire sans que le patient sous ventilation soit soumis à une action quelconque, le centrale est également réalisé par des modifications actives des variables physiologiques résultant de perturbations voulues répétables des grandeurs de sortie de l'appareillage de ventilation.Ceci donne la possibilité de ne pas faire appel en vue du contrôle à l'une des grandeurs de sortie qu'on aurait systématiquement liée à un des paramètres physiologiques, mais gracier au procédé, de sélectionner parmi les grandeurs de sortie individuellement une ou une combinaison de celles-ci de façon optimale pour le patient sous ventilation et de la ou les modifier en conséquence. Comme grandeurs de sortie de l'appareillage de ventilation suivant l'invention déterminée comme modifiable au cours de ces périodes de perturbation (encore appelées tests fonctionnels) peuvent être considérés par exemple le volume courant, la fréquen#ce de ventilation, le débit inspiratoire ou expiratoire, la forme du débit, le rapport de la durée d'inspiration à celle d'expiration, la durée de la pause inspiratoire, la-- préasion inspiratoire ou expiratoire. On considère particulièrement avantageux qu'une grandeur de sortie de 1'appareillage i ventilation déterminée comme perturbable est constituée par la composition du mélange gazeux fourni par l'appareillage de ventilation. Un paramètre physiologique important du patient sous ventilation que l'on peut en déduire aisément est la capacité résiduelle fonction nelle (c.r.f.) à connaître en vue d'un réglage optimal de la pression en fin d'expiration, L'évolution dans le temps de la modification déterminée d'une grandeur de sortie peut être en principe quelconque, par exemple sinusoidale, en échélon, en dents de scie, ou triangulaire, I1 est particulièrement avantageux que la perturbation se présente sous forme de bouffée, c'est-à-dire d'une variation brusque et de relativement courte durée. Ceci permet d'avoir également accès aux variables physiologiques, réagissant avec une courte constante de temps à la perturbation, en vue de la commande de l'appareillage de ventilation. L'un de ces paramètres physiologiques à réaction rapide est l'échange de gaz à l'intérieur des poumons. Si l'on utilise la composition du mélange respiratoire comme grandeur perturbable, chaque composante du mélange respiratoire, telle qu'entre autres l'àzote, l'hélium, l'oxyde de carbone, le xénon, le kryptonXou encore le deutérium, peut être utilisée à cet effet, I1 est particulièrement avantageux d'utiliser dans ce but la composante d'oxygène et celle d'anhydride carbonique, ces deux gaz ne présentant pas d'inconvénients physiologiques et pouvant être aisément décelés. Suivant une autre formeude réalisation de l'invention les grandeurs modifiées de façon déterminées peuvent être la composante 02 et/ou C02 du mélange respiratoire débité par l'appareillage de ventilation, Dans ce cas, ces deux composantes gazeuses peuvent être modifiées soit séparément, soit encore simultanément, La perturbation ou la modification déterminée des grandeurs de sortie de l'appareillage de ventilation doit avoir lieu à des intervalles de temps considérables par rapport à la durée de la perturbation. I1 est avantageux que l'intervalle de temps des perturbations déterminées soit prévu de manière fixe, toutes les 40 minutes par exemple. I1 est particulièrement avantageux que la perturbation déterminée soit aussi déclenchée quand les modifica tions passives résultant de l'état du patient sous ventilation sont situées à l'extérieur#d'un domainede tolérance prédéterminée ou d'une tendance ou évolution prévue, on peut alors rapidement régler la commande de l'appareillage de ventilation lors de modifications de l'état du patient sous ventilation, Un tel procédé est surtout avantageux parce que la mesure continue d'une grandeur physiologique en coibinaison avec sa modification provoquée par la perturbation déterminée permet une commande physiologiquement optimale des grandeurs de sortie de l'appareillage de ventilation, Ain- si, par exemple la valeur PEEP (Positive End Expiratory Pressure) pression positive en fin d'expiration,, peut être contrO- lée et çommandée par rapport à la CRF, aux échanges respiratoires et à la perfusion des poumons.Le procédé permet encore une commande de la concentration d'oxygène inspiratoire en fonc- tion du besoin véritable à chaque instant du patient sous venti- lation en tenant compte de facteurs perturbants tels que perfusion défectueuse et distribution inégale. Pour la mise en oeuvre du procédé, appareilla ge comprend une unité de pilotage de l'exécution du test fonctionnel à valeurs présélectionnées modifiant les grandeurs de sortie de l'appareil de ventilation de manière déterminée ainsi qu'une unité d'évaluation fonctionnelle dans laquelle les données de mesure essentielles résultant de la modification sont enregistrées, exploitées et transmises à l'unité de con truble, L'appareillage de ventilation correspondant à exemple de réalisation démontre nettement l'avantage de la construction, simplifiant la mise en oeuvre et garantissant ainsi une commande et un contrôle physiologiquement adaptés et surs des valeurs de ventilation. D'autres détails et particularités de l'inven- tion ressortiront de la description ci-après donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant au dessin annexé. On a représenté au dessin une forme de réalisation de l'invention sous forme schématique décrite plus en détail ci-après. A cet effet le dessin représente un schémablocs de l'appareillage de ventilation. Celui-ci comprend un appareil de ventilation 7 constitué par un mélangeur de gaz contrOlable 8 et un dispositif de commande et contrôle 9. Ce dernier ainsi que le mélangeur de gaz contrtlable 8 sont commandés par une unité de contrdle maîtresse 10, recevant elle-me ses signaux-de contrôle d'une unité de pilotage 1 de l'exécution du test fonctionnel ainsi que d'un appareil de mesure de la fonction pulmonaire 4 et d'un appareil analysant les composants gazeux du sang 5.Les valeurs de mesure originaires de l'unité de mesure de la fonction pulmonaire 4 ainsi que de l'appareil analysant les composants gazeux du sang 5 sont transmises à une unité d'évaluation fonctionnelle 2, dont le signal de sortie est egalement connecté à l'unité de contrôle maîtresse 10 ainsi qu'à une unité d'affichage 3. L'appareil de mesure de la fonction pulmonaire 4 mesure les paramètres de la mécanique pulmonaire du patient sous ventilation 6, tandis que l'appareil 5#analy- sant les composants gazeux du sang examine le sang pour ses composants d'anhydride carbonique et d'oxygène. L'appareillage de ventilation fonctionne eomme suit : l'appareil de ventilation 7 alimente le patient sous ventilation 6 en gaz respiratoire. ba composition gazeuse est alors fonction des grandeurs d'entrée que l'unité de contrôle mattresse 10 envoie au mélangeur de gaz contrôlable 8. Les autres grandeurs de sortie de l'appareil de ventilation 7 sont fonction des grandeurs d'entrée que le dispositif de commande 9 reçoit de l'unité de contrôle mattresse 10. Les valeurs des composants gazeux du sang du patient sous ventilation sont me surées par l'appareil analysant les composants gazeux du sang S et transmises à titre de signal de contrôle à l'unité mattresse 10 ainsi qu'à l'unité. d'évaluation fonctionnelle 2.Les paramètres de la mécanique pulmonaire du patient sous ventilation 6 Ont de même déterminés par l'appareil de mesure de la Fonction pulmonaire 4 et transmis a- titre de signal de contrô- le à l'unité maîtresse 10 ansi qu'à l'unité d'évaluation fonc tioD e 2. L'unité de pilotage 1 de l'exécution du test fonc tionnel #-éclenche h intervalles de temps déterminés, tels que toutes les 40 minutes, par exemple, par l'intermédiaire de l'u- nité de contrôle mattresse 10, du mélangeur de gaz contrôlable 8 et de l'appareil de ventilation 7, pour une brève période de temps, par exemple une dizaine de cycles respiratoires, une modification de la composition du gaz respiratoire et/ou de toute autre grandeur de sortie de l'appareil de ventilation 7. Cette modification entrain pour le patient ventilé 6 une modification caractéristique des valeurs de ses composants gazeux sanguins que mesure l'appareil analysant les composants gazeux du sang 5 et dont on dispose à titre de signal pour l'unité d'évaluation fonctionnelle 2. Ceci provoque également chez le patient ventilé des modifications caractéristiques des gaz expirés qui sont mesurées par l'appareil de mesure de la fonction pulmonaire 4 et utilisées de manière analogue par l'unité d'évaluation fonctionnelle 2.A partir de ces signaux, obtenus au cours d'une brève modification, déclenchée par l'unité de pilotage 1 de la composition de gaz respiratoire et des autres grandeurs de sortie précités, l'unité d'évaluation fonctionnelle 2 élabore, indépendamment des signaux de commande et de contrôle présents au cours ae la ventilation en régime, provenant de l'appareil de mesure de la fonction pulmonaire 4 et de l'appareil analysant les composants gazeux du sang 5, ses propres signaux de contrôle pour l'unité de centrale 10. Celle-ci commande alors, par l'intermédiaire du mélangeur de gaz contrôlable 8 ou, suivant l'état du patient ventilé, également par l'intermédiaire du dispositif de commande et de contrôle 9, les paramètres physiologiques de sortie de l'appareil de ventilation 7. Si des changements considérables de l'état du patient ventilé se produisent, ceux-ci apparaissent sur l'unité d'affichage 3 et le personnel de surveillance peut alors déclencher à la main par l'intermédiaire de l'unité de pilotage 1 les modifications temporaires de l'appareil de ventilation 7. Il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée à îa forme de réalisation décrite ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande et de centrale des grandeurs de sortie d'un appareillage de ventilation en fonction de paramètres physiologiques relevés sur le patient sous ventilation au moyen d'un appareil de mesure au moins à intervalles de temps prédéterminés et de préférence de manière continue, caractérisé en ce qu'additionnellement aux modifications de paramètres physiologiques se produisant à la suite de modifications de l'état du patient sous ventilation, de manière passive, les modifications actives de variables physiologiques sont utilisées pour contrtler l'appareillage de ventilation, cellesci résultant d'une perturbation déterminée et répétée des grandeurs de sortie de l'appareil de ventilation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une grandeur de sortie perturbée de manière prédéterminée de l'appareillage de ventilation est constituée par la composition du mélange respiratoire fourni par l'appareillage de ventilation. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la perturbation est en forme de bouffée (variation brusque et de relativement courte durée). 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur de sortie modifiée de manière déterminée est constituée par la composante 2 du mélange respiratoire fourni par l1appareilla- ge de ventilation. 5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes 1-4, caractérisé en ce que la grandeur de sortie modifiée de manière déterminée est constituée par la composante C02 du mélange respiratoire fourni par l'appareillage de ventilation. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle de temps des perturbations déterminées est fixé d'avance. 7. Procédé suivant la revendication 1 ou les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que la perturbation déterminée est aussi déclenchée quand les iodifications passives résultant de l'état du patient sous ventilation sont situes à l'extérieur d'un do aine de tolérance prédéterminé ou a 'une tendance Ou évolution prévue. 8. Appareillage de ventilation avec dispositif de contrôle et de commande des grandeurs de sortie dEun appareil de ventilation en fonction des paramètres physiologiques relevés sur le patient sous ventilation tels qu'entre autres les valeurs de la fonction pulmonaire et des analyses de cotpo- sants gazeux du sang obtenues par des appareils de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de pilotage de l'exécu- tion du test fonctionnel à valeurs présélectionnées modifiant la grandeur de sortie de l'appareil de ventilation de manière déterminée ainsi qu'une unité d'évaination fonctionnelle dans laquelle les données de mesure essentielles résultant de la modification sont enregistrées, exploitées et transmises à l'unité de# contrtle