Brevet FR2440742A1 — publié le 19800606

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour produire un aérosol tempéré en vue du traitement d'etres humains ou d'animaux, notamment à l'aide d'une solution saline pulvérisée, procédé suivant lequel le liquide de traitement ou la solution saline est nébulisé A l'aide d'un fluide gazeux d'entrat nement, notaient de l'air, et un courant d'aérosol est formé de man$*re astre fourni & un patient ou dans un volume dans lequel se tient le patient. Lors de la pulvérisation de liquides, par exemple de solutions salines, notamment en utilisant des pulvérisateurs à buses, c'est & dire une pulvérisation i l'aide d'un fluide gazeux d'entratnement, il se produit un refroidissement adiabatique du liquide & vaporiser et, par conséquent, un refroidissement relativement rapide de l'aérosol engendré. Ce refroidissement adiabatique est maintenu dans des limites cotpatibles lorsque seulement de petites quantités du liquide de traitement doivent être pulvérisées.Dors de la pulvérisation de grandes quantités de liquide de traitement, notaient lors de la pulvérisation de solutions salines, le refroidissement adiabatique se produisant en cours de pulvérisation a un effet perturbateur, de sorte que les aérosols ainsi engendrés provoquent une sensation de refroidissement lorsqu'ils arrivent sur des membranes biologiques (muqueuses) qui sont pourvues de nerfs thermosensibles. Le séchage provoqué par l'écoulement d'air sur des membranes biologiques déclenche en outre des phénomènes thermiques supplémentaires.Des aérosols de ce type provoquent par conséquent sur les membranes biologiques une irritation par le froid et également des rétrécissements perturbateurs des voies respiratoires par des processus de réflexion et, le cas échéant, une toux ou d'autres effets négatifs perturbant l'action d'inhalation. lare de la pulvérisation localisée de médicaments, on a par conséquent cherché jusqu'a maintenant à chauffer les solutions ou produits à pulvériser en vue de contrebalancer le refroidissement adiabatique Cependant, pour empocher complètement l'effet de refroidissement, on devrait chauffer le liquide de traitement à une teanpérature telle qu'il se produirait déjà une vaporisation partielle assez importante, ce qui modifierait la composition du liquide de traitement au cours de la formation de l'aérosol, ou m & e ce qui produirait sa décomposition intégrale. L'invention a en conséquence pour but de proposer un procédé et un dispositif qui permettent de produire un aérosol tempéré, à savoir à une température optimale pour les patient à traiter, qui peut être un peu supérieure à la température du corps, par exemple de l'ordre de 370C, sans qu'il soit nécessaire de chauffer le liquide de traitement, et par conséquent, d'avoir affaire à tous les inconvénients qui en résulteraient. On a cherché & résoudre ce problème en échauffant le gas de propulsion utilisé pour la vaporisation. Cependant, il s'est avéré que cette solution ne convient pas, car le gaz de propulsion préala- blement chauffé est refroidi lors de la pulvérisation du liquide de traitement du fait du refroidissement adiabatique, et par conséquent, l'augmentation de température précéd-aent réalisée est & nouveau perdue. En outre, le réglage d'une température finale désirée pour l'aérosol à l'aide du gaz de propulsion préalablement chauffé et soumis à un refroidissement adiabatique lors de la pulvérisation ne peut être que difficilement contrôlé en pratique. Selon l'invention, le problème est résolu par le fait que le courant d'aérosol est entouré, & la sortie du pulvérisateur, par un gaz chauffé s'écoulant en parallèle, notamment de l'air, et en ce que ledit gaz est mélangé au courant d'aérosol avant la fourniture au patient ou au volume recevant le patient. Selon l'invention, il est possible d'obtenir une températion de l'aérosol facilement contr8lable et reproductible en pratique. La chaleur fournie par le gaz chaud d'enveloppement est eotplèt-- ment cédée à l'aérosol. Par mélange du gaz chauffé d'envelqp-ent avec le courant d'aérosol, on produit à l'intérieur de ce courant une turbulence par laquelle aussi bien le gaz froid de propulsion qui est utilisé pour la pulvérisation que les particules d'aérosol sont amenés en contact intime avec le gaz chauffé et mélangé, de sorte qu'il se produit une températion rapide et efficace de l'aérosol. Du fait du guidage en parallèle du gaz chauffé d'en- veloppement avec le courant d'aérosol, il se produit initialement un échange limité de chaleur entre le gaz chauffé et le courant d'aérosol. On empêche ainsi un vieillissement prématuré de l'aéro- sol car les particules d'aérosol ont plus fortement tendance I maintenir leur agglomération dans une atmosphère gazeuse froide, de sorte qu'un échauffement lent et limité du gaz de propulsion s'oppose & une telle agglomération.Par mélange du gaz chauffé d'enveloppement avec le courant d'aérosol, on s'oppose fortement et en permanence A un vieillissement de l'aérosol, de sorte que l'aérosol est reçu pratiquement sans vieillissement par le patient à traiter. Grâce i la températion de l'aérosol après la pulvérisation du liquide de traitement, on supprime tous les inconvénients provoqués par l'échauffement du liquide de traitement, ainsi que tous les inconvénients qui pourraient résulter de l'arrivée du gaz de traitement préchauffé sur le liquide de traitement.Au contraire, on peut réaliser une pulvérisation optimale i froid du liquide de traitement. Bien que le liquide chauffé d' enveloppe- ment doive être chauffé au-dessus de la température finale de l'aérosol, il ne se produit malgré tout, dans l'application du procédé selon l'intention, dans l'aérosol, pratiquement pas d'augtentation localisée de la température au-dessus de la température finale d'aérosol.A cet égard, il est pratiquement avantageux que, du fait du guidage initial en parallèle du gaz d'enveloppement et du courant d'aérosol, des quantités importantes de chaleur soient transmises par conduction thermique entre le gaz et l'aérosol, de sorte que la température du gaz d'enveloppement est déjà sensi blement réduite avant son mélange avec le courant d'aérosol. Des essais ont zwntré que des aérosols de médicaments,tempérés par un courant chauffé d'enveloppement, de préférence des aérosols grossiers, ne provoquent en cours d'application aucune réaction de contraction des bronches et assurent un échauffement efficace du courant d'air refroidi par effet adiabatique jusqu'à la terp~- rature de la muqueuse. Enfin, on obtient également une économie substantielle par rapport aux procédés connut dans lesquels l'échauffement des particules liquides de 1' aérosol donnait lieu à une grande dépense d'énergie et devait atre relativement important étant donné que ces particules ne correspondent qu'i un faible pourcentage du volume total de l'aérosol. Au contraire, l'utilisation d'un ou plusieurs courants gazeux chauffés d'enveloppement procure des avantage importants en ce qui concerne l'utilisation de l'énergie. Dans le procédé selon l'invention, le gaz entourant le courant d'aérosol peut, pendant la phase d'écoulement parallèle entre la génération du courant d'aérosol et le mélange, être guidé séparément du courant d'aérosol par une paroi séparatrice conductrice de la chaleur. Cette séparation, avec possibilité de conduction de chaleur entre le gaz plus chaud d'enveloppement et le courant d'aérosol, offre les avantages de pouvoir obtenir un rendement plus élevé de transmission de chaleur, d'empêcher la pénétration d'air chaud dans le courant d'aérosol et de permettre le mélange de parties du courant chaud d'enveloppement avec le courant d'aéro- sol avant un premier échauffement de ce courant d'aérosol La température du liquide de traitement et du gaz de propulsion peut être de l'ordre de la température ambiante alors que la température du gaz d'enveloppement peut être réglée, en vue d'obtenir de bonnes conditions physiologiques pour l'aérosol dans la zone de traitement, par exemple à 370C, en maintenant essentiellement constante le débit de gaz d'enveloppement.Cette mise en pratique du procédé est particulièrement avantageuse car on peut maintenir des conditions optimales d'une façon particulièrement simple lors de la pulvérisation du liquide de traitement et, d'autre part, la composition de l'aérosol fourni au patient peut être prédéterminée dans chaque cas d'application. Dans le cadre de l'invention, on peut cependant envisager également une mise en pratique telle que la température du liquide de traitement et du gaz de propulsion soit de l'ordre de la température ambiante et que le débit du gaz d'enveloppement soit réglé, en vue d'obtenir une température physiologique appropriée de l'aérosol dans la zone de traitement, par exemple de 370C, en maintenant essentiellement constante la température du gaz d'enveloppement. Ce mode opératoire convient notamment dans des applications où il n'est pas essentiel de maintenir avec précision la densité de l'aérosol. Dans tous les cas, on doit cependant prévoir une température maximale d'environ 600C pour le gaz d'enveloppement Cette limite supérieure de température offre une sécurité supplémentaire pour le patient afin qu'il ne reçoive pas une quantité excessive d'air chaud si, pour des raisons quelconques, la fourniture du gaz de propulsion et des particules d'aérosol doit être interrompue. Avec cette limitation de la température maximale du gaz d'enveloppement, il peut arriver que l'intervalle de température disponible pour la régulation de la température physiologique d'aérosol soit trop étroit. Dans ce cas, on opère par régulation cnmhinée en faisant varier la température et le débit du gaz d' enveloppement. L'invention concerne également un dispositif de traitement par aérosol d'êtres humains ou d'animaux, notamment å l'aide de solutions salines vaporisées, dispositif dans lequel il est prévu un pulvérisateur de liquide de traitement actionné par un fluide gazeux de propulsion, notamment de l'air, et une canalisation conduisant le courant d' aérosol formé jusqu' & une piNce de raccordément avec le patient ou jusqu'à un volume recevant le patient. Conformément A la présente invention, dans un tel dispositif, le canal de guidage de l'aérosol doit Atre entouré, dans la zone située entre le pulvérisateur et le raccord avec le patient, ou bien la zone d'introduction dans le volume recevant le patient, d'une enceinte chauffante qui est alimentée par un agent gazeux chauffé et, en considérant la direction d'écoulement de l'aérosol, il est prévu en amont du raccord avec le patient ou de l'entrée dans le volume recevant le patient, un orifice d'introduction du courant gazeux guidé dans l'enceinte chauffante dans le courant d'aérosol. Ce dispositif agencé selon l'invention est caractérisé par une structure particulièrement simple et par une grande sécurité de fonctionnement. Dans le dispositif selon l'invention, on peut prévoir respectivement dans le canal de guidage d'aérosol et å la sortie de ce canal, en arrière de la zone de mélange, des sondes de mesure de température reliées par 1' intermédiaire d 'un comparateur de valeurs de mesure & un dispositif de cosande d'air chaud. Les sondes de mesure de température peuvent être de type électrique, par exemple des résistances électriques thermosensibles ou des thermocouples, et le comparateur de valeur de mesure peut être un pont de Wheatstons. Par exemple, on peut utiliser pour le chauffage de l'air chaud, des éléments chauffants, le dispositif de commande d'air chaud étant agencé de façon & commander les éléments chauffants placés dans le trajet d'écoulement de l'air chaud. Le dispositif de commande peut cependant être également agencé pour commander les trajets d'écoulement des éléments assurant la régulation d'air chaud, tels que des ventilateurs, des diaphragmes, des clapets, etc.. En vue de permettre une commande combinée, on peut prévoir, dans le trajet d'écoulement de l'air chaud, une autre sonde de mesure de température qui est reliée au dispositif de commande d'air chaud.Le dispositif de commande peut être agencé de façon à assurer la commande d'éléments chauffants placés dans 10 trajet d'écoulement de l'air chaud lorsque la température de cet air est inférieure a une valeur de seuil, qui est par exemple de 60il, et de façon à assurer la commande d'éléments branchés dans le trajet d'écoulement de l'air chaud et faisant varier son débit, tels que des ventilateurs, des diaphragmes, des clapets ou autres organes, lorsque la valeur de seuil de température d'air chaud est atteinte. Pour obtenir un haut rendement lors du mélange de l'air chaud avec le courant d'aérosol, on peut prévoir dans la zone de mélange au moins un guide d'écoulement assurant la canalisation de l'air chaud vers le courant d'aérosol. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée a titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels s La figure 1 représente en coupe axiale schématique un dispositif pour produire un courant d'aérosol tempéré Z La figure 2 est une coupe du dispositif de la figure 1 faite sur la ligne Il-Il s et La figure 3 représente, d'une manière correspondant à la figure 1, une variante du dispositif selon l'invention. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, un liquide de traitement, par exemple une solution saline, est converti par un vaporisateur à buse 11, par exemple un vaporisateur a buse annulaire, en un aérosol approprié pour une inhalation. De l'air maintenu à la température ambiante et destine au vaporisateur 11 est introduit, de façon à servir de fluide de propulsion, par l'intermédiaire du tuyau 12, tandis que le liquide à vaporiser, par exemple une solution saline, est introduit par l'intermédiaire du tuyau 13, à la température ambiante, dans le vaporisateur 11. Le brouillard formé sort de l'orifice de buse 14 et il est canalisé, du fait que la buse à fente annulaire 11 est placée à l'extrémité ouverte du tube d'aérosol 15 qui s'étend jusqu'à l'extrémité d'application 16. Le tube d'aérosol 15 est entouré par une enceinte tubulaire 17 qui constitue avec le tube d'aérosol 15 un canal annulaire de guidage 18 d'air chaud qui est obturé à l'extrémité arrière du tube 15, tandis qu'il est prévu, dans la zone de transition entre le tube d'aérosol 15 et l'extrémité d'application 16, un guide annulaire incurvé 19 qui forme la transition entre l'enceinte tubulaire 17 et l'extrémité d'application 16. A l'intérieur du guide d'écoulement 19, il est prévu entre le tube d'aérosol 15 et l'extrémité d'application 16, un conduit de passage 20 de forme annulaire. Le canal annulaire 18 formé entre le tube d'aérosol 15 et l'enceinte 17 est relié à son extrémité arrière a un générateur d'air chaud 21 qui contient un ventilateur 22 dans son extrémité ouverte, représentée à la partie supérieure de la figure, et un serpentin de chauffage 23 dans son volume intérieur. Le serpentin de chauffage 23 est de préférence constitué par une spirale en fil résistant, et il est commandé par un dispositif 24 de façon à produire la puissance de chauffage désirée. Le dispositif de commande 24 est lui-même relié à un pont de Wheatstone 25 qui contient les deux sondes de mesure de température 26, 27.L'une des sondes 26 est placée a l'intérieur du tube d'aérosol 15, tandis que la seconde sonde 27 est placée dans l'extrémité d'application 16, c'est-à-dire en arrière de la zone de mélange 2osa, en considérant la direction d'écoulement Les sondes de mesure de température peuvent être constituées essentiellement par des composants électriques, par exemple des résistances électriques thermosensibles ou des thermocouples. A l'aide de la sonde de mesure 26, on mesure la température du brouillard produit dans le vaporisateur 11 et s'écoulant dans le tube d'aérosol 15, tandis qu'à l'aide de la sonde de mesure 27, on Mesure la température de l'aérosol tempéré. Les valeurs de mesure fournies par les deux sondes 26 et 27 au pont de Wheatstone 25 sont comparées par ce dernier.La valeur de comparaison est ensuite transmise au dispositif de commande 24 de façon à enclencher ou arrêter le serpentin de chauffage 23 en vue d'exercer un échauffement plus ou moins fort. Cc-e indiqué par les flèches sur la figure 1, il se produit dans la zone de mélange 20 un brassage intensif du brouillard provenant du vaporisateur 11 et passant dans le tube d'aérosol 15 avec le courant d'air chaud passant dans le canal annulaire, de sorte que l'extrémité d'application 16 reliée à un raccord de patient ou à un volume de traitement débite un aérosol à tempéra tion uniforme. I1 se produit déjà un échauffement du brouillard provenant du vaporisateur 11 à l'intérieur du tube d'aérosol 15, par l'air chaud environnant.Du fait de cette action de la chaleur sur le brouillard produit, on évite un vieillissement prématuré de l'aérosol par agglomération. Le volume d'air de propulsion introduit dans le vaporisateur par le tuyau 12 peut être maintenu à une valeur relativement faible, de sorte que le débit d'air soumis au refroidissement adiabatique et nécessaire pour la pulvérisation peut être réduit au minimum. Le brouillard sortant du vaporisateur 11 produit un effet d'injection à l'extrémité arrière du tube d'aérosol 15. En outre, l'air chaud sortant par l'intervalle annulaire 20 produit un effet d'aspiration dans le tube d'aérosol 15, de sorte que de l'air frais est aspiré à l'extrémité arrière ouverte du tube 15, cet air n'étant soumis à aucun refroidissement adiabatique et servant d'agent supplémentaire de transport pour le brouillard produit. La quantité d'air frais aspirée à l1extrémité arrière du tube d'aérosol 15 peut être réglée à l'aide de clapets ou de diaphragmes. Dans 11 exemple de réalisation représenté sur la figure 3, qui a fondamentalement la même structure que celui des figures 1 et 2, on a adopté les mêmes références numériques pour désigner les parties semblables. Cependant, il est prévu dans l'exemple de la figure 3, une autre sonde de mesure de température 28 qui est placée dans le canal annulaire 18 d'air chaud et qui est reliée au dispositif de commande 24. En outre, ce dernier est relié par l'intermédiaire d'un conducteur au moteur 29 du ventilateur 22. Le dispositif de commande 24 agit comme suit s lorsque la température de l'air chaud qui est définie par la sonde de mesure 28 est inférieure à une valeur de seuil, préréglée par exemple à 600C, la valeur de comparaison, produite par le pont de Nheatstone 25 à partir des températures transmises par les sondes de mesure 26 et 27, est convertie en un signal de commande du serpentin de chauffage 23. Cependant, lorsque la température fournie par la sonde de mesure 28 atteint cette valeur de seuil, le dispositif de coiinande 24 agit sur le moteur de ventilateur 29. Cette action peut par exemple être exercée à l'aide d'un appareillage électronique commandant la vitesse de rotation du moteur 29.Cependant, dans de nombreuses applications, il peut être suffisant de faire tourner le moteur de ventilateur 29 a deux vitesses et d'enclencher, à l'aide du dispositif de commande 24, et quand le seuil de température d'air chaud est atteint, la vitesse supérieure du moteur de ventilateur 29. Dans ce dernier cas, la commande de précision peut Stre#assurée corme auparavant par contrble du serpentin de chauf fagne 23. En utilisant cet ensemble combiné de commande, on fait en sorte que la température de l'air chaud na dépasse pas une valeur de seuil, par exemple de 600C, qui est prédéterminée ou bien qui est réglable dans le dispositif de commande 24. En aonsé- quence, le patient ne reçoit, par exemple en cas de panne du ventilateur 11, que de l'air chaud à effet non dangereux. Par ailleurs, le mode de fonctionnement du dispositif de la figure 3 est semblable à celui du dispositif des figures 1 et 2. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés s elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour produire un aérosol tempéré pour le traitement d'êtres humains ou d'animaux, notamment à l'aide d'une solution saline vaporisée, suivant lequel le liquide de traitement ou la solution saline est vaporisée a l'aide d'un fluide gazeux de propulsion, notamment de l'air, et où un courant d'aérosol a fournir a un patient ou à un volume recevant le patient est produit, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on enveloppe le courant d'aérosol, à sa sortie du vaporisateur, par un gaz chaud*, notamr ment de l'air, s'écoulant essentiellement parallèlement b ce courant et en ce qu'on mélange le gaz d'enveloppement avec le courant d'aérosol avant sa fourniture au patient ou au volume recevant le patient. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on guide séparément du courant d'aérosol le gaz enveloppant ce courant pendant la phase d'écoulement parallèle intervenant entre la production du courant d'aérosol et le mélange à l'aide d'une paroi séparatrice et conductrice de chaleur. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la température du liquide de traitement et du gaz de propulsion servant à la vaporisation est de l'ordre de la température ambiante et en ce que la température du gaz d'enveloppement est réglée de façon à obtenir une température physiologique d'aérosol dans la zone de traitement, par exemple de 370C, en maintenant essentiellement constant le débit de gaz d'enveloppement. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la température du liquide de traitement et du gaz de propulsion servant a la vaporisation est de l'ordre de la tanpéra- ture ambiante, et en ce que le débit du gaz d'enveloppement est réglé de façon à obtenir une température physiologique d'aérosol dans la zone de traitement, par exemple de 370C, en maintenant essentiellement constante la température du gaz d'enveloppement 5.- Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on maintient la température maximale du gaz d'enveloppe- ment à environ 6O#C. 6.- Dispositif pour traiter par aérosol des & 8 humains ou des animaux, notamment a l'aide d'une solution saline vaporisée, dans lequel il est prévu un vaporisateur de liquide de traitement qui est actionné par un fluide gazeux de propulsion, notamment de l'air, et un canal guidant le courant d'aérosol formé jusqu'a un raccord de patient ou à un volume recevant le patient, notamment pour la mise en pratique du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal de guidage d'aérosol 1S est entouré dans la zone située entre le vaporisateur 11 et le raccord de patient 16 ou bien l'entrée du volume recevant le patient, par une enceinte chauffante 17, 18 qui reçoit un courant de fluide gazeux chauffé, et en ce qu'il est prévu en amont du raccord de patient 16 ou de l'entrée du volume recevant le patient, en considérant la direction d'écoulement du courant d'aérosol, un orifice 20, 21a d'introduction du courant gazeux guidé dans l'enceinte chauffante 17, 18 dans le courant d'aérosol. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu respectivement dans le canal de guidage d'aérosol 15 et à la sortie du canal de guidage d'aérosol, en arrière de la zone de mélange 20a, des sondes de mesure de température 26, 27, celles-ci étant reliées par l'intermédiaire d'un comparateur de valeurs de mesure 25 à un dispositif de commande d'air chaud 24. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les sondes de mesure de température sont de type électrique, par exemple des résistances électriques thermosensibles ou des thermocouples, et en ce que le comparateur de valeur de mesure est un pont de Wheatstone 25. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le dispositif de commande 24 est agencé pour assurer la commande d'éléments chauffants 23 placés dans le trajet d'écoulement de l'air chaud. 10.- Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le dispositif de commande 24 est agencé pour assurer la commande d'éléments de réglage du débit d'air chaud tels que des ventilateurs 22, des diaphragmes. 11.- Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'en vue de permettre une commande combinée, on peut prévoir, dans le trajet d'écoulement de l'air chaud 18, une autre sonde de mesure 28 de température qui est reliée au dispositif de commando d'air chaud, et en ce que le dispositif de commande 24 est agencé de façon à assurer la commande d'éléments chauffants 23 placés dans le trajet d'écoulement 21, 18 de l'air chaud lorsque la température de cet air est inférieure à une valeur de seuil, qui est par exemple de 600C, et à assurer la commande d'éléments branchés dans le trajet d'écoulement de l'air chaud et faisant varier son débit, tels que des ventilateurs 22, des diaphragmes, des clapets, lorsque la valeur de seuil de température d'air chaud est atteinte. 12.- Dispositif selon l'une des revendications 6 å 111 caractérisé en ce qu'au moins un guide d'écoulement 19 assurant la canalisation de l'air chaud vers le courant d'aérosol est placé dans la zone de mélange 2osa.