Brevet FR2443826A1 — publié le 19800711

L'examen de l'activité respiratoire d'un sujet permet d'obtenir de nombreux renseignements d'ordre médical en ce qui le concerne. Parmi les données qu'il est intéressant d'obtenir, la consommation d'oxygene par le sujet et sa production de gaz carbonique sont des données de base qu'il est toujours utile de connaître. On connaît plusieurs types d'appareils permettant de mesurer ces paramètres. Certains d'entre eux dits à circuit ouvert - c'est- -dire mettant en oeuvre une conduite d t inspiration issue de l'atmosphère et une conduite d'expiration retournant à l'atmosphère - procèdent par mesure de la ventilation du sujet (volume d'air inspiré par unité de temps) et à la mesure de la variation de la concentration d'oxygène (ou de gaz carbonique) entre le mélange inspiré et le mélange expiré. Ces mesures sont telles qu'elles correspondent a des valeurs moyennes et sont ensuite traitées par calcul pour obtenir la consommation ou la production du constituant gazeux en cause. De plus, à ces mesures sont appliqués des coefficients de correction tenant compte des variations de température et des donnees hygrométriques entre le mélange inspiré et le mélange expiré. Ces appareils connus sont constitués d'éléments très sophistiqués mettant en oeuvre des unités de calcul qui en alourdissent très sensiblement et le coût et l'exploitation. D'autres appareils connus appartiennent à un autre type dit à circuit fermé, mettant en oeuvre une enceinte fermée de laauelle est issu le mélange inspiré et dans laquelle est rejeté le mélange expiré. Le mélange expiré est traité de manière à être débarrassé du dioxyde de carbone qu'il contient. La mesure de la consommation d'oxygène est réalisée soit par enregistrement de la diminution du volume contenu dans l'enceinte, soit par la mesure d'un complément d'oxygène apporté à l'enceinte pour maintenir constant le volume de gaz dans cette dernière. L'un des inconvénients de ces dispositifs à circuit fermé réside dans leur lourdeur et dans leur complexité. Il faut en effet disposer d'une enceinte de volume important et corriger autant que faire se peut, les différences existant entre les paramètres physiques des mélanges inspiré et expiré.En outre, le traitement du gaz expiré pour en éliminer le gaz carbonique est délicat et quelquefois imprécis. Il faut noter également que la consommation d'oxygène est tirée de l'élimination du gaz carbonique et qu'il n'est pas pris en compte le fait que la production de gaz carbonique peut être différente de la consommation d'oxygène. Enfin, de tels dispositifs ne peuvent analyser la production de gaz carbonique qu'au prix d'une complication extrême de l'installation impliquant notamment des mécanismes de pesée continue et précise du produit absorbant le gaz carbonique. L'invention entend remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de mesure beaucoup plus simple que ceux connus, de faible encombrement et mettant en oeuvre un matériel peu coûteux en comparaison de ceux mis en oeuvre dans les techniques connues à ce jour. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de mesure de la consommation ou de la production d'un constituant gazeux d'un mélange lors de la respiration naturelle ou artificielle d'un sujet constitué par une conduite d'inspiration ouverte à l'atmosphère par une extrémité et reliée au sujet, par une conduite d'expiration issue du sujet et ouverte sur une capacité tampon elle-même en communication avec l'atmosphère. Selon l'invention, ce dispositif comporte: - une canalisation auxiliaire issue d'une source séparée du constituant gazeux en cause, raccordée à ladite conduite d'expiration et pourvue d'un organe de réglage de son obturation donc du débit auxiliaire susceptible d'être délai vré et d'un débit-mètre associé, - un capteur principal placé sur ladite conduite d'expiration en aval et de son raccordement avec la canalisation auxiliaire et de ladite capacité tampon, susceptible d'émettre un signal proportionnel à la concentration du constituant en cause dans le mélange passant à son niveau. - un comparateur recevant le signal capteur et un signal de référence, et émettant un signal de sortie proportionnel à l'écart entre le signal capteur et le signal de référence, - et des moyens de commande du réglage de l'obturation de la canalisation auxiliaire recevant ledit signal de sortie du comparateur et provoquant une manoeuvre de l'organe de réglage telle que ledit signal de sortie soit annulé, la consommation ou la production du constituant gazeux en cause étant indiquée par le débit-mètre susdit. Dans un mode de réalisation simple de l'invention, les moyens de commande susdits comprennent un dispositif d'affichage du signal de sortie du comparateur, la manoeuvre de l'organe de réglage étant réalisée manuellement au vu de l'affichage Dans un mode de réalisation plus compliqué, les moyens de commande susdits sont automatiques et comportent un mécanisme d'asservissement de la commande de l'organe de réglage audit signal de sortie du comparateur. Dans son application à la mesure de la consommation d'oxygène, le comparateur susdit est un analyseur de concentration d'oxygène connu en lui-même, dont le zéro est placé sur la valeur moyenne de la concentration d'oxygène de l'air atmosphérique formant signal de référence et dont la sensibilité est sensiblement accrue aux environs de ce zéro. Dans son application à la mesure de la production de dioxyde de carbone, le dispositif selon l'invention comporte en aval de la capacité tampon et en amont de la canalisation auxiliaire, un absorbeur de dioxyde de carbone le signal de référence délivré au comparateur étant le signal d'un capteur secondaire situé en amont dudit absorbeur, proportionnel à la concentration de dioxyde de carbone à son niveau. Dans une variante de réalisation destinée à la mesure de la production de dioxyde de carbone, le signal de référence émis en direction dudit comparateur est le double du signal de sortie d'un comparateur auxiliaire proportionnel à l'écart de la concentration de dioxyde de carbone existant entre le mélange inspiré et le mélange expiré, deux capteurs placés l'un sur la conduite d'inspiration, l'autre sur la conduite d'expiration étant, à cet effet reliés à l'entrée dudit comparateur auxiliaire. L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après à titre d'exemple purement indicatif et non limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. Il sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est un schéma illustrant un mode de réalisation de 1'invention, - Les figures 2 et 3 illustrent deux variantes de réalisation de l'invention dans son application à la mesure de la consommation d'oxygène, - Les figures 4 et 5 illustrent deux autres variantes du dispositif de la figure 1 dans son application à la mesure du dioxyde de carbone produit par le sujet. En se reportant tout d'abord à la figure 1, on a représenté une conduite d'inspiration 1 et une conduite d'expiration 2 pour un sujet 3 qui respire soit de manière naturelle, soit à l'aide d'un respirateur artificiel. On aura symboisé en la et 2a, des clapets de non-retour de manière que lors de la respiration, l'air inspiré provienne de l'atmosphère par l'extrémité ouverte de la conduite 1 et circule en direction du sujet selon la flèche A , et que l'air expiré soit refoulé uniquement dans la conduite 2 selon la flèche B. La conduite 2 aboutit à une capacité tampon 4 qui, de manière connue, permet de disposer en sortie, dans une conduite 5 un débit de gaz expiré sensiblement continu. Sur la conduite 5, on a branché une canalisation auxiliaire 6 issue d'une source 7 d'un gaz qui est identique à celui dont on veut déterminer soit la consommation soit la production. Ce gaz sera notamment soit de l'oxygène, soit du dioxyde de carbone. Entre la source 7 et la conduite 5, la canalisation 6 est pourvue d'un organe 8 de réglage précis de son obturation ou de son ouverture. Cet organe 8 possède des moyens de commande 9 de sa manoeuvre et est associé à un débit-mètre 10. En aval de la canalisation 6, la conduite 5 comporte un capteur 11 sensible au gaz à analyser et susceptible d'émettre en sortie un signal (dénommé ci-après signal capteur) proportionnel à la concentration du gaz en cause dans le mélange passant à son niveau. Ce signal capteur est admis à l'entrée d'un comparateur 12, qui reçoit également un signal de référence 13. En sortie, le comparateur 12 produit un signal dirigé sur les moyens de commande 9 de la manoeuvre de l'organe 8,##ce signal de sortie étant significatif de l'écart existant entre le signalcapteur et le signal de référence 13. Les moyens de commande 9 exploitent ledit signal de sortie du comparateur pour manoeuvrer l'organe 8 dans le sens d'une annulation dudit signal de sortie. On voit ainsi que lorsque le signal émis par le comparateur est annulé, l'organe 8 est dans une position d'ouverture telle que le débit du gaz auxiliaire délivré dans la conduite 5 permet de rendre égaux le signal capteur et le signal 13 de référence. Ce débit peut être lu sur le débit-mètre 10. Dans le cas de la mesure de la consommation d'oxygène par le sujet, la source 7 sera une source d'oxygène et le signal de référence 13 sera soit le signal de sortie d'un capteur auxiliaire 14 placé sur la conduite d'inspiration (voir figure 2), soit une valeur de référence fixe, intégrée au comparateur 12 compte tenu que la concentration d'oxygène dans l'air atmosphérique est sensiblement constante. Dans ce cas, le débit d'oxygène lu sur le débit-mètre 10 correspond exactement au débit d'oxygène consommé par le sujet 3. Sur la figure 3, on a représenté un dispositif conforme à l'invention sous une forme simplifiée. Ainsi, le comparateur 12 se présente sous la forme d'un analyseur d'oxygène dont la sensibilité est fortement accrue aux environs de la concentration moyenne théorique de l'oxygène dans l'air atmosphérique (sensiblement 21 %). Cette concentration moyenne devient le zéro de l'appareil et par là, le signal de référence 13. Une aiguille 12a se déplaçant devant un cadran comportant le zéro susdit permet de visualiser la comparaison entre le signal capteur et la valeur de référence. Un opérateur peut alors par un moyen de manoeuvre manuelle 9a régler la position de l'organe 8 de manière que le débit d'oxygène délivré dans la conduite 5 soit tel que l'aiguille 12a reste sur le zéro de l'appareil. Un tel débit, lu sur le débit-mètre 10 correspond à la consommation d'oxygène par le sujet 3.On pourra d'ailleurs graduer le débit-mètre de manière que ce débit soit exprimé dans les unités couramment employées dans ce domaine. La figure 4 qui représente par un schéma l'appareil selon l'invention dans une de ses variantes destinées à la mesure de la production de gaz carbonique par le sujet 3, comporte certains des éléments déjà décrits avec les mêmes références. La conduite 5 de sortie de la capacité tampon 4 est pourvue en aval de cette dernière, mais en amont du raccordement de la canalisation 6 d'un absorbeur 15 de gaz carbonique connu en lui-même (par exemple un filtre à base de chaux). Dans ce cas, la source 7 sera débitrice de dioxyde de carbone. Le signal de référence 13 sera fourni par un capteur 16 placé sur la conduite 5 en amont de l'absorbeur 15 et sera donc significatif de la concentration de gaz carbonique dans le mélange expiré. Le gaz circulant dans le tronçon de conduite 5 avant le raccordement de la canalisation 6 est dépourvu de gaz carbonique.En ouvrant cette canalisation de manière que le débit délivré au travers de l'organe 8 soit tel que le signal du capteur 1l soit égal au signal du capteur 13, donc que le signal en sortie du comparateur 12 soit nul, on lira sur le débit-mètre 10, le débit de production de gaz carbonique par le sujet 3. Enfin, sur la figure 5 on-a représenté une seconde variante du dispositif selon l'invention destiné à la mesure de la production de gaz carbonique. Ici également, les éléments déjà décrits se retrouvent avec les mêmes références. Dans cette variante, on met en oeuvre un comparateur auxiliaire 17, susceptible de recevoir en entrée le signal d'un premier capteur auxiliaire 18 placé sur la conduite d'inspiration 1 et celui d'un second capteur auxiliaire 19, placé sur la conduite 5 en amont de la canalisation 6. En sortie, ce comparateur 17 délivre un signal significatif de la différence de concentration de gaz carbonique entre la conduite 1 et la conduite 5. On notera à ce propos que le signal d'entrée du comparateur 17 correspondant au capteur 18 peut être une constante voire être nul si l'on néglige la présence de dioxyde de carbone dans l'air atmosphérique. Le signal de sortie du comparateur 17 est conduit à l'entrée d'un multiplicateur 20 qui lui affecte le coefficient deux. Ainsi, ce signal devient le signal de référence 13 susdit. On voit bien que pour que le comparateur 12 n'émette pas de signal en sortie il faut que le signal capteur soit égal au signal 13 ; par conséquent, le débit de gaz carbonique délivré par la canalisation 6 est, dans ces conditions, égal au débit de gaz carbonique produit par le sujet 3. L'invention permet d'obtenir des résultats remarquablement précis malgré la rusticité des moyens mis en oeuvre Cen comparaison des moyens mis en oeuvre dans les dispositifs connus). En outre, elle ne fait pas appel à des calculateurs et par le fait que les fonctions intermédiaires assurées sont des comparaisons de variation et non des mesures, elle permet de s'affranchir d'un grand nombre de facteurs de correction et donc des moyens correspondant pour obtenir un résultat final précis. Enfin, elle possède tous les avantages des dispositifs dits à circuit ouvert, c'est-à-dire encombrement minimal et mise en oeuvre rapide. L'invention trouve une application intéressante dans le domaine des appareils à usage médical. Elle n'est pas limitée à la description qui vient d'en etre donnée mais couvre au contraire, toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre ni de son esprit. C'est ainsi notamment que les dispositions décrites en regard des figures 1, 4 et 5 peuvent être à commande manuelle avec visualisation du signal de sortie du capteur 12. Par ailleurs en ce qui concerne la variante de la figure 5, toute réalisation permettant d'obtenir un signal de référence égal au double du signal significatif de la concentration de gaz carbonique expiré par le sujet appartient au domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la consommation ou de la production d'un constituant gazeux d'un mélange lors de la respiration naturelle ou artificielle d'un sujet, constitué par une conduite d'inspiration ouverte à l'atmosphère par une extrémité et reliée au sujet par une conduite d'expiration issue du sujet et ouverte sur une capacité tampon elle-même en communication avec l'atmosphère, caractérisé en ce qu'il comporte - une canalisation auxiliaire issue d'une source séparée du constituant gazeux en cause, raccordée à laditeconduite d'expiration et pourvue d'un organe de réglage de son obturation donc du débit auxiliaire susceptible d'être délivré et d'un débitmètre associé, - un capteur principal placé sur ladite conduite d'expiration en aval et de son raccordement avec la canalisation auxiliaire et de ladite capacité tampon, susceptible d'émettre un signal proportionnel à la concentration du constituant en cause dans le mélange passant à son niveau, - un comparateur recevant le signal capteur et un signal de référence, et émettant un signal de sortie proportionnel à llecart entre le signal capteur et le signal de référence, -et des moyens de commande du réglage de l'obturation de la canalisation auxiliaire, recevant ledit signal de sortie du comparateur et provoquant une manoeuvre de l'organe de réglage telle que ledit signal de sortie soit annulé, la consommation ou la production du constituant gazeux en cause étant indiquée par le débit-mètre susdit. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande susdits comprennent un dispositif d'affichage du signal de sortie du comparateur, la manoeuvre de l'organe de réglage étant réalisée manuellement au vu de l'affichage. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande susdits sont automatiques et comportent un mécanisme d'asservissement de la commande de l'organe de réglage audit signal de sortie du comparateur. 4. Dispositif de mesure de la consommation d'oxygène selon 11 une quelconque des revendications précédentes r caractérisé en ce que le comparateur susdit est un analyseur de concentration d'oxygène connu en lui-même dont le zéro est placé sur la valeur moyenne de la concentration d'oxygène de l'air atmosphérique formant signal de référence et dont la sensibilité est sensiblement accrue aux environs de zéro. 5. Dispositif de mesure de la production de dioxyde de carbone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en aval de la capacité tampon et en amont de la canalisation auxiliaire, un absorbeur de dioxyde de carbone, le signal de référence délivré au comparateur étant le signal d'un capteur secondaire situé en amont dudit absorbeur, proportionnel de la concentration de dioxyde de carbone à son niveau. 6. Dispositif de mesure de la production de dioxyde de carbone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le signal de référence émis en direction dudit comparateur est le double du signal de sortie d'un comparateur auxiliaire proportionnel 3 l'écart de la concentration de dioxyde de carbone existant entre le mélange inspiré et le mélange expiré, deux capteurs placés l'un sur la conduite d'inspiration, l'autre sur la conduite d'expiration étant, à cet effet reliés à l'entrée dudit comparateur auxi linaire.