Brevet FR2475902A1 — publié le 19810821

La présente invention concerne un appareil d'assistance respiratoire délivrant à un patient la quantité et la composition adéquate de gaz respiratoires et ce à la fréquence nécessaire. De nombreux appareils destinés à distribuer de façon cyclique et régulée, des gaz destinés à la respiration assistée d'un patient, sont fabriqués et fonctionnent correctement depuis de nombreuses années. Ils sont de plusieurs types et tirent leur énergie motrice de diverses sources. - soit mécaniques avec une source d'énergie généralement électrique et à découpage volumétrique de gaz en basse pression. - soit pneumatique en logique ou en fluidique avec des vannes à ouverture cyclique et avec la régulation sur le circuit basse pression et découpage temporel. Le premier type concerne des appareils très onéreux et très fiables, le second, très répandu est beaucoup moins cher mais présente un certain nombre d'inconvénients - il se régule sur le circuit basse pression et présente généralement un rapport constant et indéréglable entre les phases d'expiration et d'inspiration. - il nécessite en général deux sources distinctes de gaz, le gaz moteur et les gaz respiratoires et ce, à des pressions généralement différentes. - le mélange, la régulation de débit et l'introduction d'anesthésiques volatils y sont effectués avant le passage par l'appareil. De ce fait, le gaz destiné au patient n'est pas traité directement dans l'appareil mais est travaillé par une membrane dtisolation, devant résister aux anesthésiques. Cette disposition créée une consommation de gaz double de celle nécessaire à la respiration et impose soit d'utiliser un gaz noble détendu (02) pour la motorisation soit, une soufflante à basse pression, donc une source d'électricité. - Cette surconsommation justifie l'utilisation de circuits fermés, donc la présence de bacs à chaux sodée ce qui présente deux inconvénients - le recyclage partiel des gaz rend difficile l'estimation de leur quantité et de leur qualité. - l'absorption de poussières irritantes est possible. - Le mélange préalable des gaz nécessite la présence d'un matériel supplémentaire appelé bloc rotamétrique" formé généralement de 2 débimètres et de l'évaporateur à anesthésique. Or les débimètres à flotteur et tube conique utilisés généralement sont en fait des cinénomètres à gaz et mesurent non pas le débit mais la vitesse des gaz et donnant une indication aléatoire. - l'arrêt de débit d'un gaz n'est pas sensible et n'entraine pas l'arrêt de l'appareil. Ceci peut être la source d'accidents graves. L'appareil, objet du présent brevet se propose de pallier la plupart des inconvénients précités - en utilisant les gaz à distribuer à la pression directe disponible en clinique, ou à la moyenne pression disponible aux bouteilles. - en n'utilisant que ces gaz pour réguler tous les paramètres nécessaires : volume, mélange , temps d'expiration temps d1 inspiration. - en ne dépensant que le volume destiné au patient. - en transférant tous les réglages sur un circuit à 250 KPa en moyenne ce qui permet d'utiliser des appareils de régulation de pression ou de débit bon marché et disponibles dans l'industrie des composants pneumatiques. - en organisant le circuit de telle façon que l'appareil starrête Si un des gaz manque ce qui est une condition de sécurité dans le cas habituel d'un appareil du bloc opératoire constamment surveillé par un anesthésiste. - en limitant les vannes du circuit respiratoire direct à un seul appareil, la vanne de respiration anti-retour avec collecte du gaz expiré, et sécurité de surpression. - en autorisant un réglage facile et précis - du volume unitaire de respiration - du mélange des gaz respiratoires - du temps d'expiration - du temps d'inspiration. Dans une version préférentielle de l'invention destinée plus particulièrement aux appareils d'anesthésie des blocs opératoires, représentée sur le schéma 1, les gaz nécessaires - 2 par exemple 02 et N20 ce qui est le cas général- sont pris aux raccords disponibles dans toutes les salles d'opération ou aux manomètres primaires de bouteilles de gaz (1 et 2) Ils traversent chacun un détendeur (3 et 4) et sont dirigés à travers 2 vannes à 3 voies (5 et 6) vers deux chambres accouplées en tandem (7 et 8). Ces chambres peuvent être à piston et joints ou préférentiellement à membranes; elles sont rappelées par ressort (9).Deux limiteurs de débit (11 et 12) sont également prévus sur ce circuit. En réglant ces détendeurs (3 et 4) à une pression égale on remplira le volume des deux chambres égales (7 et 8) d'une même quantité de gaz. En les réglant différemment, on déterminera des quantités différentes (même volume, à pression différente).On peut faire ce réglage de façon aisée en liant les deux détendeurs par une cinématique de rapport (-1) C'est la solution simple pour le cas de 2 gaz c'est-à-dire pour le cas le plus général. Le ressort 9 est taré pour la charge correspondant à la pression moyenne de fonctionnement et demeure sensiblement en équilibre avec les gaz tout le long de la course. La tige de liaison des deux chambres entraîne égale- ment une troisième membrane (16) dont la surface est telle qu'elle balaie un volume sensiblement égal au volume du gaz des chambres (7 et 8) après détente.Cette chambre communique avec l'atmosphère par deux soupapes tarées(19) réglables l'une en dépression, l'autre en surpression de O à 10 KPa environ.Cette chambre est reliée au circuit du patient au niveau de la classique soupape de non-réinhalation (18) et régule la pression en autorisant une expiration contrôlée pour un volume donné. Le fonctionnement en est le suivant.A partir du début de la phase d'expiration, le volume disponible est à la pression atmosphérique ou en surpression si cette soupape correspondante est réglée ainsi, Si le patient exhale suffisamment, la pression se maintient sinon une dépression légère se créée et aide à la fonction. La tige (10) bascule à une hauteur réglable les deux vannes 3 voies (5 et 6). Ces deux vannes ont deux positions stables possibles a passage brusque (ressort aimant, crantage etc...) Le réglage de hauteur étant lui-même possible par leviers crans, vis de poussée etc... Après basculement de ces deux vannes, les gaz sont expulsés par le ressort vers le circuit patient.Ce circuit comporte un té de mélange (13) un régulateur de débit (14) et une chambre d'expansion (15) à partir de laquelle le gaz se dirige vers l'évaporateur d'anesthésie(17)ou vers le patient.La variation d'effort des ressorts n'entraîne qu'une variation faible sur la pression détendue puisqu'elle n'influe que sur la pression avant le limiteur de débit. Le réglage du volume d'un cycle respiratoire est obtenu par le niveau de basculement des vannes 5 et 6. Ce niveau en effet défini le volume fonctionnel des chambres 7 et 8 et celles-ci sont remplies de gaz dont la somme des pressions est constante. Comme il s'agit de la pression relative, cette affirmation n'est vraie que pour des écarts de pression faibles, c'est le cas ici les mélanges 02/N20 étant compris généralement entre 0s402 et 0,6 N20 et 0,6 02 à 0,4 N20 . Ce réglage de niveau peut être réalisé par de nombreux dispositifs méca-niques. Le réglage du rapport volumétrique des deux gaz (c'est-à-dire la composition du gaz respiratoire) est obtenu par le réglage des détendeurs 3 et 4 reliés ainsi que dit plus haut par une cinématique de rapport ( -1) l'un croissant lorsque l'autre décroit, ces réglages étant sensiblement linéaires. Le réglage du temps d'inspiration (ou d'exsufflation) c'est-â-dire du temps de vidange des capacités 7 et 8 est obtenu par action sur le limiteur de débit 14. Le réglage du temps d'expiration (ou d'insufflation) ctest-à-dire du temps de remplissage des capacités 7 et 8, est obtenu par action simultanée sur les limiteurs de débit Il et 12 liés par une cinématique de rapport ( + 1). Ces réglages sont donc conçus de telle façon qu'a partir d'un réglage donné on fera varier la fréquence en jouant sur le volume des chambres 7 et 8 sans changer la ventilation (si l'on ne touche pas aux réglages des temps d'inspiration et d'expiration) et qu'on fera varier la ventilation en jouant sur les réglages des temps d'expiration et d'inspiration (si l'on ne touche pas au volume des chambres). Tous les organes habituels des respirateurs automatiques sont adaptables sur l'appareil objet de l'invention en particulier - les vaporisateurs d'anesthésiques volatils (17) - les humidificateurs sur le circuit d'inspiration (17) - les pièges à vapeur d'eau sur le circuit dtexpi- ration. (20) Dans une autre version de l'invention, destinée plus particulièrement aux appareils de réanimation (ou prothèses) les liaisons mécaniques telles que celles de la tige 10 avec les deux vannes et celles de commande des deux détendeurs 3 et 4 ainsi que celles des régulateurs de débit 11,12 et 14 sont remplacées par des commandes conçues par exemple comme suit - les commandes des détendeurs et régulateurs de débit par des motoréducteurs pilotés. - l'action de la tige 10 sur les 2 vannes 5 et 6 par une commande électrique directe sur 2 électrovannes déclenchée par le niveau d'un signal issu d'un potentiomètre entrai- né par la tige 10 et monté en pont de Weastone avec un potentiomètre réglable de référence. Il devient alors possible de boucler tous les paramètres du respirateur sur des mesures effectuées par des capteurs adéquats par exemple - pourcentage d'oxygène dans les gaz inhalés par mesure de ce pourcentage et rétroaction sur les détendeurs 3 et 4. - temps d'expiration et d'inspiration par mesure effective desdits temps et commande des motoréducteurs. - maintien du C02 ou de 1'02 résiduels dans les gaz exhalés par variation de la composition des gaz inhalés. - maintien du C02 et de 1'02 des gaz sanguins par la même méthode. - surveillance du rythme cardiaque et augmentation de l'oxygène en cas de défaillance. - déclenchement du suivi de la "respiration spontanée" et reprise de la respiration assistée en cas de défaillance. Tous ces bouclages, ainsi que la surveillance des fonctions (débranchements ,écarts de pression, temps inconstants) peuvent avantageusement être issus d'un ensemble à microprocesseur programmé pour cela. D'autres dispositions sont utilisables, par exemple les chambres peuvent Qtre disposées en parallèle et reliées par un balancier, ce qui amène à régler les volumes par une différence de course en travaillant alors à pression constante, cette disposition est incluse dans le présent brevet. L'invention est susceptible d'application particulièrement nombreuses en raison de la simplicité de ces réglages de la robustesse de sa conception et de la sureté de son fonctionnement, elle couvre tout le domaine habituel de ce genre d'appareils. i#EVENI)lCATIONS 1) Respirateur automatique, caractérisé par la présence d'au moins deux chambres remplies et vidées à chaque cycle et définissant la composition du mélange gazeux, lesdites chambres étant fermées par des membranes fonctionnant en piston, et, liées par un même axe de telle manière que leurs déplacements soeient synchrones. 2) flespirateur automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation de chacune des chambres s'effectue par un détendeur débitant à une pression de quelques centaines de K Pa, lesdits détendeurs étant accouplés de telle sorte que la somme des pressions soit sensiblement constante, le volume de chacune des deux chambres étant sensiblement égal. 3) Respirateur automatique caractérisé par la présence d'au moins deux chambres remplies et vidées a chaque cycle et définissant la composition du mélange gazeux, lesdites chambres étant fermées par des membranes fonctionnant en pistons et liées par un mécanisme à levier assurant un mouvement simultané avec deux courses règlables de sens opposé. 4) Respirateur automatique selon la revendication 3, et caractérisé en ce que l'alimentation de chacune des chambres s'effectue par un détendeur débitant à une pression de quelques centaines de K Pa, lesdits détendeurs étant accouplés de telle sorte que leurs pressions soient toutes sensiblement égales. La somme du volume des deux chambres étant alors sensiblement constante. 5) Respirateur automatique selon les revendications 1, 2 ou 3 et li et caractérisé en ce que le mouvement de va et vient des chambres y est provoqué dans un sens par la pression des gaz et dans l'autre par des ressorts, la vitesse de déplacement étant alors règlée dans chaque sens par un laminage distinct des gaz, sur la partie du circuit où ils sont encore à une pression proche de celle débitée par les détendeurs. 6) Respirateur automatique fonctionnant selon les revendications 1 et 2 et caractérisé en ce qu'il possède une chambre supplémentaire dont la surface de la membrane est calculée pour que le volume qu'elle génère au cours de son déplacement ( lequel est lié à celui des autres chambres ) soit égal au volume détendu des autres chambres. Cette chambre servant à définir en pression ou en dépression un volume égal au volume unitaire distribue.