Brevet FR2472937A1 — publié le 19810710

-1- La présente invention a trait à un respirateur arti- ficiel et a pour objet un dispositif de commande électro- nique pour un tel respirateur. On sait qu'un tel appareil est utilisé pour la respira- tion forcée d'un patient, notamment pendant qu'il est sous anesthésie au cours d'une opération ou en réanimation ou en unité de soins intensifs par exemple. L'appareil a pour fonction'de fournir au patient de l'air souvent enrichi en oxyqgne, donc un mélange d'air et d'oxygène, à une caden- ce correspondant à celle de la respiration et à une légère surpression (quelques dizaines de millibar, de façon à suppléer ou renforcer la fonction déficiente). Il est im- portant de pouvoir choisir avec précision le débit du mélan- ge de gaz à envoyer au patient, la teneur en oxygène de ce mélange, la période T de la respiration qui lui est imposée, et, dans cette période. la partie inspiration et la partie expiration (donc le rapport cyclique I/E). Jusqu'à présent, on utilise typiquement un dispositif comportant un mélangeur mécanique, suivi d'un pointeau de réglage du débit, le mélange sortant passant par une élec- trovanne commandée par une base de temps. L'inconvénient principal d'un tel système est que le débit est modifié si l'on agit sur la période, ou sur la teneur en 02 du mélange, et qu'il est par conséquent long et difficile d'obtenir des réalaces précis, qui sont en particulier très difficile à modifier au cours d'une opération. La présente invention a pour objet un dispositif de commande dont les paramètres peuvent être réalés de façon totalement indépendante. Selon la présente invention un dispositif de commande pour respirateur artificiel comprend: une électrovanne d'air et une électrovanne d'oxygène, du type à débit variable en fonction de la course, débitant dans un collecteur; une base de temps avec un organe de fixation de la fréquence ou de la période respiratoire et un oraane de fixation du rapport I/E du temps d'inspiration au temps d'expiration pendant la pé- -2- riode; un mélangeur, comportant des organes de fixation du débit respiratoire global et de la proportion d'oxygène du gaz fourni par le respirateur; et deux générateurs de si- anaux affectés chacun à une électrovanne pour commander leurs leurs ouvertures; la base de temp.s Étant connectée aux qé- nérateurs pour qu'ils commandent l'ouverture des vannes pendant le temps d'inspiration, les générateurs étant con- nectés par ailleurs au mélangeur pour recevoir les signaux correspondant aux amplitudes descuvertures des vannes pen- daht le temps d'inspiration, le mélangeur étant connecté à la base du temps pour recevoir un signal correspondant au rapport I/E de façon à élaborer avec les indications de débit et de proportion, des signaux pour les ouvertures des vannes, tels que pendant la phase inspiration, chaque vanne laisse passer une quantité de gaz correspondant au débit moyen pendant la période. La description qui va suivre en regard des dessins an- nexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est schéma bloc du dispositif selon l'in- vention. La figure 2 est un schéma de montage d'un élément du dispositif de la figure 1 (Mélangeur M). La figure 3 est un schéma de montage d'un autre élément du dispositif de la figure 1 (générateur G), et La figure 4 est une vue en coupe schématique d'un autre élément constitué par une vanne. Le dispositif de commande du respirateur artificiel comporte une électrovanne d'air EVA et une électrovanne d'oxygène EV0. Ces électrovannes (voir figure 4 et descrip- tion en regard) sont du type à ouverture variable en fonc- tion des ampère-tours de commande; elles sont alimentées en air et en oxygène sous des pressions réqulées très pré- cises. Le débit d'air et d'oxygène est-donc une fonction précise du temps d'ouverture et de la course du noyau de chaque électrovanne. Les électrovannes débitent dans un IuUTed np saeQuoeed suTewszo ap enbTewoqne aouellTea[ns eun,p SE seo el suep eld&exe aed JOD qe pD seu6TI sep ed 'euQ6 -_xo ua a6bequeoanod np;a qTqgp np uoTqDoaaoo op sanaTigl -Xe xneuâTs sep ToAeoDe a5lno ue Ined inabueTi au aa/1 a j anod anaevgdo,i ud sanaTTTe aed saTsToqoD saneTA sel quUTos enb saltenb Oc ex;; Tos Tnb 'euebAxo ue b6equeoinod un oeAe 'Tqgp un aTuaeqo TsuTe;nad uo ' eu6iT el aed w nbueulzi ne S sduze ep eseq el aed AoAue 's/I s 9TI Teu6Ts un,p e lnieigdo,I aed STSTOgo;UOS Tnb seaquieaed xnep 'auQBXxo,p uoT4odoxd et op la eBueIur np qTqgp np aedIoo 4ueuuaTq SZ apueuuMoo p xneubTs seD Mw ea Ow seu6Ti seT aed anebueIuw np sn5ez xneubis op.aqled V snase;egug6 sel aed segaoq -eTI 4uos saUUeAOaqOaTI sap ean-aeAno,p sapnWidwe saq *L sdue; ap apoTagd enbeqo suep 'I sdue etl quepued sauueAo0aqoaI sep ain;4eAno,l quap oz -ueuwmoo sxne;ejgu96 sel 'xneubTs seo ep za-ç-ed y *'nbToItou - oqo ieuôTs ama el zaeoe uT mneal nod 'saneeanagugb xnep xne DS eu6TT eun aed egqoeuuoo;sa sdme; op eseq eq *queT;ed el ans sesTsd seansei op etduaxe aed ueueaojd 'H uoçoDega eun aed aqsnLeg;ueuzenbT;ewo;ne St eaq exqno ue;ned sdwue ap aseq eq abueTui ao suep oueb -Axop uoTqaodozd el ap; e ';uaT ed ne ateoAue V auQbÀxo-aTe bueTrui op te;o;;Tqgp np ab6el6a op sueAow sep;ue;.od -uoo 0 anebuueTIui un aed '-e uo;exçdxa,p sdue; ne uo1ex -_dsuT,p sduze np (≤I+a) s/I enb ToAo;xodd:z el ';led OT ae.ne,p 'uo0TevTdsea el ep =- eouanbgar et 'aed eun,p lex;x p anae;egdo,t Q ezjewuaed =nod sueKou sep.;ue;xod -uoo 'S sdise op eseq eun red seuiw-xne sgpueumoo quos 0" ea VE sana4eixgu9b sel auueAoaqDagI aun quepuewuoo unoeqM senbTuepT 0 e D xneubTs ep sana;ea9u9b xnep avd ains -se qsa euueAo.z;oet enbeqo ep ealnqeAno,p apueumxoo eq Àenbuooienb enbTss-eo adAg un,p qsa 'euiui-TnT ue 'Tnb naneuTdsez np Taed quesTe; e ';uaT;ed el s=aA ze6 ue uoTe;ueuTle,p;TnoTo el ans Moueaq quewaeoaiTp '& eqnq -E- C-6 Lz -4- Considérons les paramètres à déterminer. Si l'on appel- le DTle débit total, air + oxygène, Do et DA les débits d'oxygène et d'air respectivement on a: DT =D +D (1) T A(1 et si on appelle F0 le pourcentage d'oxygène dans le mêlan- e on a: D + 0,21 D Fo = A (2) Do +DA Le mélangeur est constitué de telle manière que l'on puisse régler indépendamment l'un de l'autre DT et FO. La généra- tion des signaux électriques est réalisée conformément à la présente invention à partir des égalités (1) et (2) ci- dessus. La génération des signaux de commande peut être éta- blie aussi bien par un procédé analogique que totalement nu- mérique. Ce dernier procédé peut être préféré dans le cas d'un pilotage automatique des paramètres a partir d'une source extérieure de régulation. A partir de l'égalité 2, on peut écrire: ( 1 - Fo) DA = Do F -0,21 D. K F0 -0,21 O d'o l'on tire pour exprimer Do0et DA en fonction de DT: DT PT DO = - DA = DT +K 1 + K 1+K Selon une caractéristique de l'invention, la généra- tion des signaux est tirée de ces formules. Une réalisation pratique préférée est représentée sur la figure 2. Un pre- mier potentiomêtre P1 est utilisé pour la fixation par l'opé- rateur du pourcentage en oxygène F du mélange. On utilise une source de tension stabilisée V avec deux résistances de réglage, et, à l'aide du potentiomètre P1, on choisit une tension F0 comprise entre 0,21 volt et 1 volt, repré- sentant la proportion d'oxygène comprise entre 0,21 air pur et 1 oxygène pur. Au moyen de deux soustracteurs S1 et S2, on obtient à partir des trois tensions 0,21, F0 et 1 volt, -5- les tensions représentatives de (l-Fo0 et -(Fo-0,21) que l'on injecte dans le diviseur D1 pour obtenir 1F0 F0 - 0,21 c'est à dire K. (Pour des raisons de commodités pratiques, on peut utiliser pour S2 un soustracteur de rapport - et pour D un diviseur à amplification de 10). Pour obtenir 1 + K, la valeur K, soit directement, soit après injection dans un multiplicateur recevant une tension de 1 volt, est injectée sur une des entrées d'un additionneur inverseur A1, la tension de 1 volt étant in- jectée sur l'autre entrée. La sortie de l'additionneur A1 donne une valeur égale alors à - (1 + K). Un deuxième potentiomètre P2 est utilisé pour fixer le débit total. Au moyen d'une résistance et d'une source de tension stabilisée V, on délimite la plage de réglage P2 entre 2,5 volts et 0 et l'opérateur peut ainsi choisir une tension VT représentative du débit total de mélange air + oxygène. Un signal directement proportionnel'I/E issu de la base de temps B, arrivant par la ligne BM passe dans un inverseur (-1), puis le signal VT et le signal - I/E sont injectés dans un diviseur D2 de façon a avoir à la sortie un signal proportionnel au débit que l'on devra avoir pendant le temps de l'ouverture de l'électrovanne, c'est à dire pendant la période d'inspiration. Grâce à cette opération, le débit total fixé est toujours indépendant du rapport I/E choisi. L'opérateur fixe donc sur le potentiomètre P2 le débit dési- ré, sans s'occuper du rapport I/E et, le diviseur D2 déter- mine le débit instantanné en fonction du rapport I/E. Le signal de sortie du diviseur D2 est envoyé par un potentiomètre P3 d'ajustage d'échelle dans un diviseur D3 qui reçoit par ailleurs le signal - (1 + K). Il en sort le signal DT c'est à dire Do que l'on prend au contact 1 + K MO après un réglage à potentiomètre. -6- Le signal DT est en outre injecté dans un autre 1 ±K diviseur D4 recevant le signal K sur l'autre entrée, duquel sort le signal DT K c'est à dire DA que l'on prend 1 + K en M après un réglage au potentiomètre. A La figure 3 représente un schéma d'un générateur de signaux analogues faisant le produit du sicnal de découpage dans le temps fourni par la base de temps et du signal fourni par le mélangeur de gaz, de façon à fournir des si- lo gnaux comportant trois ordres: fréquence, rapport cyclique, amplitude. Il est rappelé que les deux générateurs Go et GA sont identiques. Un générateur comporte un relais à com- mutation rapide ou une porte analogique PA, ou tout système équivalent, commandée par la base de temps (ligne SC). Le sicnal M (Mo ou MA) envoyé par le mélanaeur est amplifié dans l'amplificateur AMP avant d'être injecté dans le relais. La sortie du relais traverse un générateur de courant régu- lé GCR avant d'attaquer l'élé-ctrovanne EV. La figure 4 représente en coupe schématique un exemple d'électrovanne utilisable dans le dispositif de la présente invention. L'électrovanne EV comporte un boîtier 41 dans lequel coulisse un noyau 42. Le boitier comporte une entrée de gaz 4.3 et une sortie 44 dans laquelle est prévu un siège de clapet 45. Un pointeau 46 coopère avec le siège pour fermer ou ouvrir plus ou moins la vanne en fonction du nombre d'ampère-tours dans la bobine 48. La dimension extérieure du noyau et la dimension intérieure du boîtier sont définies avec précision l'une par rapport à l'autre pour laisser un passage périphérique pour le gaz qui est admis en 43 avec une pression fixée avec précision. Des billes 49 assurent le centrage du pointeau 46. On peut pré- voir un ressort 51 pour le rappel en position fermée de la vanne. En général la pression du gaz sur la face supérieure s du noyau 42 suffit à maintenir l'électrovanne fermée en l'absence d'excitation de la bobine. -7- En fonction du débit affiché, et de la proportion d'oxygène et en fonction du rapport I/E, le noyau 42 est déplacé vers l'entrée 43, d'une distance telle qu'il s'établisse un débit de gaz (air ou oxygène) par la sortie 46 pendant la phase inspiration qui laisse passer une quantité de gaz correspondant au débit moyen pendant la période I + E. On réalise bien ainsi les objectifs visés par la présente invention. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier notam- ment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. -8- REVENDICATIONS 1- Dispositif de commande pour respirateur artificiel, caractérisé en ce qu'il comprend: une électrovanne d'air et une électrovanne d'oxygène, du type à débit variable en fonction de la course, débitant dans un collecteur; une base de temps avec un organe de fixation de la fréquence respiratoire et un organe de fixation T/E du temps d'inspi- ration au temps d'expiration pendant la période; un mélan- geur comportant des organes de fixation du débit respira- toire global et de la proportion d'oxyagne du gaz fourni par le respirateur; et deux générateurs de signaux affectés chacun à une électrovanne pour commander leurs ouvertures; la base de temps étant connectée aux générateurs pour qu'ils commandent l'ouverture des vannes pendant le temps d'inspi- ration, les générateurs par ailleurs étant connectés au mélangeur pour recevoir les signaux correspondant aux am- plitudes des ouvertures des vannes pendant le temps d'ins- piration, le mélangeur étant connecté à la base de temps pour recevoir un signal correspondant au rapport I/E de façon à élaborer avec les indications de débit et de pro- portion, des signaux pour les ouvertures des vannes, tels que pendant la phase inspiration, chaque vanne laisse pas- ser une quantité de gaz correspondant au débit moyen pen- dant la période. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque générateur comporte un relais à commutation rapide du type porte analogique, dont l'ouverture est com- mandée par la base de temps. 3- Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que les organes du mélangeur pour fixer le débit et la proportion d'oxygène sont des potentiomètres montés de façon à délivrer des tensions proportionnelles, et que le montage est du type analogique, permettant d'ob- tenir des grandeurs représentatives du débit total, et à partir de celleci, du débit d'air et du débit d'oxygène pendant la phase d'inspiration.