Brevet FR2483769A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne un dispositif pour la mesure d'au moins deux paramètres pulmonaires pneumati- ques, à savoir de la partie linéaire de la résistance des voies respiratoires R1, de la partie quadratique de la ré- sistance des voies respiratoires R2, de la compliance C et de la pression résiduelle alvéolaire Pot notamment en re- lation avec un appareil de respiration artificielle, des signaux d'entrée étant envoyés à ce dispositif par un cap- teur de pression et un débitmètre à partir du conduit d' air respiratoire, un intégrateur à commande horaire for- mant un signal de volume à partir du signal envoyé par le débitmètre et les paramètres pulmonaires pneumatiques dé- sirés étant en outre formés à partir de ces signaux. Elle fournit en outre un procédé de mesure avantageux. Une détermination rapide et continuelle de paramè- tres pulmonaires pneumatiques est nécessaire chez certai- nes personnes sous surveillance médicale, notamment des patients sur lesquels on pratique la respiration artifi- cielle. Dans la demande de brevet en Allemagne DE-OS Ne 25 13 676, il est prévu à cette fin un appareil élec- tronique de mesure et d'indication de la résistance R à l'écoulement de l'air dans les voies bronchiques et de 1' élasticité E du tissu pulmonaire à partir de valeurs me- surees de l'écoulement de l'air respiratoire et de la mo- dification de la pression intrathoracique. Un appareil d'analyse respiratoire, dans lequel on peut mesurer le débit du gaz respiratoire par intégration du temps à partir de signaux de pression différentielle, ainsi que d'autres paramètres pneumatiques, comme la pres- sion trachéale et la pression bronchique, est décrit dans la demande de brevet en Allemagne DE-OS NO 27 19 900. Les demandes de brevet en Allemagne DE-OS N's 24 13 988 et 25 22 774 décrivent des procédés d'investiga- tion de la mécanique respiratoire intrathoracique et donc de détermination de paramètres pulmonaires pneumatiques. Enfin, la demande de brevet en Allemagne DE-AS NO 19 33 472 a pour objet un appareil de respiration artifi- cielle et d'anesthésie, dans lequel des paramètres pulmo- naires pneumatiques sont obtenus sous forme de courbe à partir de valeurs mesurées instantanées. Un autre agencement appartenant à l'état antérieur de la technique et décrit dans la demande de brevet en Al- lemagne DE-OS NI 23 37 061 concerne un dispositif de mesu- re de volume respiratoire associé à un capteur de pression respiratoire pour déclencher un système indicateur et/ou d'alarme réagissant à une grandeur qui est fonction du rapport entre la pression et le volume respiratoires. En raison de la forte dispersion des valeurs mesu- rées dans la circulation de l'air respiratoire, les para- mètres pulmonaires pneumatiques obtenus et affichés par les dispositifs connus sont trop imprécis pour un grand nombre d'usages en relation avec la surveillance médicale. L'invention a donc pour objet de réaliser un dispo- sitif du même type, mais qui permet de déterminer rapide- ment et avec une grande précision les paramètres pulmonai- res pneumatiques désirés. A cet effet, dans le dispositif selon l'invention, il est prévu un dispositif d'exploration qui prélève à in- tervalles des signaux connexes de pression, de débit et de volume sous la forme de triplets de valeurs mesurées et, au cours de chaque cycle respiratoire, introduit au moins deux de ces triplets dans une mémoire apte à être vidée périodiquement, et un dispositif calculateur, qui, à par- tir des triplets tirés de la mémoire, détermine les para- mètres pulmonaires désirés en partant de systèmes d'équa- tion linéaires connus en soi, ce dispositif calculateur e- tant relié à un dispositif indicateur et/ou de commande, qui affiche les paramètres pulmonaires et/ou émet des si- gnaux pour la commande d'un appareil de respiration arti- ficielle. Dans la réalisation pratique du dispositif de mesu- re selon l'invention, les signaux produits par des cap- teurs de pression et de débit sont mesurés dans un circuit électronique et le volume est déterminé par intégration de de Ia mesre s7u dbit ou par canv 6w directeo Les andQs q-u' forMGeMt ttstïm t, nton-z i la I ormo de2 eleciziques e Dot snr&ev s esEQaie tlleSo Peur dte nier ni Ges randeus qui constituent le triplet appartiqnneet j la phase inspiratoire ou i la phase expiratoires le dispositif de Mesusre urveille avan tagensement Il volut-ion de Ie valeur de dIbAt.O Si cotte valeur, après avoir 6t nulle pendant un certain temps, devient subitement superieure à z6ro, on supposecra qulil s' agit du début dc Vexpiration puis, au Gours d la phase d'expiration, on mettra dans la m6eire le nombre nécessai- re, Sénéralement le plus élev6 possible, de triplets p V, V, des valeurs de la courbe asceedante du débit devant &tre également incorporéeso Ces dernières valeurs servent J5L à 'ideltifiCation de la phase9 cDest-A=dire i la distinc tion entre la phase inspiratoîre t la 3Sase expiratoire Un aspect typique de cette deemire es2t que la valeur ma xîmale du débit apparaît environ 50 ms après le début de l'expiration. La période d'exploration, c0ecst-àdire 1' intervalle de temps pendant lcqgel des triplets de valeurs mesurées sont st2k 3 dans la m6Esire, doit 8tre au Mins &Sale à la constante de temps des pouomnso Si l'on doit d4terminerv par exemples, les valeurs de R1l R20 C et Po on peut partir du système d'équation linéaire pi + Ri Ài.iR V. ( - V.) =P i = 1, 2, 3, 4, dans lequel les coefficients de 1 'équation sont formés i partir de quatre triplets (pV et V)e Ce système d'9- quation linéaire ne peut être résolu que s'il n'y a pas e de relation linéaire entre chacune des grandeurs p, V, V et l'une des deux autres. Dans cette déterminatîon directe sont enulobées toutes les erreurc de ms3ure et9 de plus, le calcul ne vast pl1s riean l OGLe des tmo s.q aemus pv V, V aet cons anto0! i @n MGit es on.. sige plUGieurs tri- plets ea notamment un grand nombre de ceux-ci, le zyst&me d'Gquation lin&aire indiqu& plus haut peut se repr&senter dans la condition minimale des carr&s d'erreurs: i-n P" + Rie:: + R'' IV;i - -C V)_p 2 M Hn o l'on a VI i (t). dt i - numéro d'ordre de la valeur pr&lev6e n a nombre de triplets (p,t,Y) pr6levas. Dans cette &quation, les symboles ont la signification gui- vantes V = valeur de débit instantan&e, VYo volume des poumons gonfl&s A la fin de l'inspiration, p a valeur instantan&e de la pression devant la bouche, p0o pression résiduelle alv&olaire, R1. partie linéaire de la résistance des voies respiratoi - res, partie quadratique de la rlésistance des voies respira- retosro, C a compliance, c'est-A-dire l'inverse do l'&lastance des poam. Apr&s le prélèvement du nombre nécessaire de tri- O plots, on utilise le système d'équation ci-dessu pour cal- culer A partir de n triplets prélevér les valeurs métrolo- giquement optimales de Rl, Ra, C et P0 et ces valeurs sont affichées. Le dispositif de mesure peut indiquer apr&s chaque respiration leu valeurs de R1, Ra, C et P0 qui s' 3a appliquent A cette respiration. Le débit est de prf&rence meouré dans le conduit d'empiratin, mais oa mesure est ségalement possible dans le conduit d'inspiration ou -dan le conduit coun de 1' air respiratoire. Le dispositif de eure peut aussli fonotionner lors- qe loe voles respiratoires du patient ne sont pas reacor- ,.... v o 24 3 4' dées à un respirateur artificiel et que l'inspiration et I' expiration s'effectuent uniquement A travers un tube do me- sure, aig par une comande de soupapes appropriée, on fait en sorte qu'au début de l'expiration p O et que p diminue pendant que IVI augmeonte. On pout en outre utiliser co dis- pomitif do mesurao lorzque le patient 5o trouve on 6tAt do oprtaion opont-6 ou de ventilation forcôo intormitten- tOe 0:,MCD=onio&o ou non (uSIER ou InTU) ou lortaue la parr- siS3 oet rovitiva à la în da1* l' ipratiou n(PDz2). Dan une forwo d'exlcution plua ciîlo do lapparoi! do oesure, on ne pout datoriner lo cac chiant quo deux paramètres pulmonairos pneuuatiquoo, do pr6f&renco la par- tie linéaire de la ré&istance des voies respiratoires R1 et la compliance C, en renonçant à la parti. quadratique Ra de la résistance respiratoire et A la pression résiduel- le alvéiolaire P. Les grandeurs p, V ou V no sont influencées par la mesure ni pendant la phase d'inspiration, ni pendant la phase expiratoire. De plus, il n'est pas nécessaire d'at- teindre un plateau pour p, V ou V A la fin de l'inspiration ou do l'expiration. De mme, la présence d'une résistance linéaire A l'expiration ne constitue pas une condition né- coessaire pour pouvoir utiliser le dispositif de moure, lequel reste utilisable m&me dans le cas de résistances non linTaires A l'expiration. La précision des résultats de mesure augmente avec le nombre de triplets prélevés. Ce nombre doit être d'au- tant plus grand que 'es errours de moesure sont grandes pour loes valeours p, Y et V. L'unique figure est un sch4=-bZoc du diopoitift do c=jo eelon 1'invention. Dans ume branche d'oxpiration 1 dêffiio par un aon- ceonet do soupape approprié, se trouve un capteur do débit l, dont le signal de sertie e*t idetifti comeo randour do M d6bit V dans use unit6 d'deploitation j et transtorm6 en gradeur de volume par int&fgration. Dea un oonduit d'air respiratoire soe eont pla- ce un capteur de pression,, dont le signal de sortie est également envoyé à l'unité de mesure et identifié comme grandeur de pression p. Dans l'unité de mesure, on a donc à tout moment les grandeurs p, V et V. L'exploration s'effectue par des signaux en provenance d'un dispositif calculateur 6 équipé d'un micro-processeur, qui, en sur- veillant les valeurs de débit, identifie en outre le début de la phase de mesure désirée (inspiration ou expiration). Les triplets prélevés par un dispositif d'explora- tion i pendant la phase de mesure, au maximum 250 triplets, sont stockés dans une mémoire effaçable 8. A la fin de chaque phase de mesure, les triplets passent de la mémoire 8 dans le dispositif calculateur 6 et, en se basant sur les systèmes d'équation linéaires et en suivant la méthode de la plus petite somme des carrés d'erreurs, des valeurs optimales des paramètres R1, R2, C et PG sont calculées et affichées ensuite dans un dispositif indicateur 2. La branche d'expiration 1 et une branche d'inspira- tion 10 d'un conduit respiratoire commun 4 sont, en l'oc- currence reliées à un appareil de respiration artificielle 11. des par3mo'e-o pX ireo Enme,mm, ai2iaus 3oui entoe la par- tie -i ireaira E de l!a oe3ît2ace des vOics respsao es9 la partie qu raRi2ne de la r aEStonce dae voieo reepî- ratoires, la eoslane C et la pression siduelle alve=- laire Po9 namment en relation avec un apparoei de resp- ration artificielle, des oigmaru detee tant envoyQs a ce; di zpotif par u capte; pression et par un d mètre A partir du conduit dair respiratoire un intéra- teur à coEande horaire ucracnt un cisnal de voluime à par- tir du signal evoye par le bTitm tr et les parals ares pul2ouaires a prapumatiques 1e&aiTrec étaut en outre:Fortae à partir de ces oigmaus, cecetêrîoé en Ce queil aot prOu un dispositifL d'ezoratin {7) qui prmlve à intervalles des signaux connexces do preosionq de débit et de volume sous la forme de triplets de valourE; mesuroes et au cours de chaque cycle repiraire introduit au moins deux de oes triplets dana M moucire. apte à 9tres vidée périodi= quement, et un dispositif calculateur (6) qui, à partir des triplets tir&e de cette nMoeire (8), dtermines les paramètres pulmonairaes désire en utilisant des syst&mes d'équations linéaires connus e soi, ce dispositif calcu- lateur (6) étant reli à un dispositif indicateur (9) et/ ou de counande, qui affiche les paramètres pulmonairres et/ ot émet des signaux pour la co'ande d'un appareil de res- piration artificielle. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'au =mins 50 triplets sont prelevés au cours d'Un- cycle respiratoire. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou la re- vendication 2 caractiérisé en ce que l'exploration deo triplets de valeurs mesuGes a lieu e lupsiveent pendant la phaese inspiratoire ou la phase expiratoire du cycle0 ll DBisosîtif selom la revendication 1, Caracté- nisc eO o e ee im n arateu a conande horaire pour d- tersa:re le vole &air ro esiraoire à partir du d6bit est remplacé par un dispositif de mesure de volume. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le dispositif calculateur (6) est équipé d'un microprocesseur. 6.- Procédé de mesure d'au moins deux des paramè- tres pulmonaires pneumatiques suivants: la partie linéaire R1 de la résistance des voies respiratoires, la partie qua- dratique R2 de la résistance des voies respiratoires, la compliance C et la pression résiduelle alvéolaire P0, no- tamment en relation avec un appareil de respiration arti- ficielle, à l'aide d'un dispositif selon la revendication 1, auquel des signaux d'entrée sont envoyés par un capteur de pression et par un débitmètre à partir du conduit d'air respiratoire, un intégrateur à commande horaire formant un signal de volume à partir du signal envoyé par le débit- mètre et les paramètres pulmonaires pneumatiques désirés étant en outre formés à partir de ces signaux, caractérisé en ce qu'il consiste a: (a) déterminer les valeurs instantanées de pression, de dé- bit et de volume sous forme de triplets de valeurs me- surées, (b) établir la présence de la phase désirée pour la mesure (inspiration et/ou expiration) à partir de l'évolution d'une grandeur de mesure, (c) mettre en mémoire un nombre donné de ces triplets, (d) vider la mémoire de son contenu et calculer avec celui- ci les paramètres pulmonaires pneumatiques désirés on utilisant des systèmes d'équations linéaires connus en soi, (e) effacer la méfmoire et recommencer comme en (a).