Brevet FR2499850A1 — publié le 19820820

La présente invention a poui objet des améliorations apportées à un respirateur à usage clinique. Le respirateur réalisé selon les améliorations de l'invention constitue un respirateur à usage universel et d'utilité maximale pour des soins intensifs et la réanimation de patients adultes, d'enfants et de nouveauxnés, qui peut être utilisé dans toutes les phases et toutes les modalités des traitements avec venti- lation artificielle et qui présente le grand avantage qui consiste en ce que tous les accessoires d'utilisation normale dans ce type de traitement sont intégrés dans l'équipement de base qui constitue, en pratique, le respirateur en question. Le respirateur amélioré selon la présente invention est constitué essentiellement par deux modules principaux appelés dans ce qui suit: unité pneumatique - module de contrôle général Le module de contrôle général contient un micro-ordina- teur, de préférence à 8 bits, qui comporte tous ses circuits acces- soires et périphériques, ce micro-ordinateur assurant la commande de différents équipements de contrôle pneumatique et électromécanique à partir d'une pluralité d'informations obtenues par les détecteurs adéquats distribués tout le long de l'unité pneumatique. Cette com- mande est effectuée suivant les instructions de programmes enre- gistrés dans des mémoires permanentes qui coopèrent avec le micro- ordinateur proprement dit. Comme élément d'intercommunication entre l'utilisateur du respirateur et le module de contrôle général, il a été prévu un clavier qui permet l'entrée de données et instructions, ainsi qu'un écran de rayons cathodiques qui assure la présentation simultanée des données alphanumériques et la représentation de gra- phiques, ce qui permet d'améliorer grandement le rendement et l'ef- ficacité du respirateur par rapport aux respirateurs conventionnels existants jusqu'à présent. D'autre part, l'unité pneumatique comporte les conduits respectifs d'alimentation en gaz comprimés aux pressions utilisés normalement dans les hôpitaux, ainsi qu'un mélangeur et une chambre de mélange pour fournir aux patients la proportion de gaz adéquate et une pluralité de soupapes transducteurs de débit, régulateurs de pression, etc., qui sont tous reliés de façon appropriée au module de contrôle pour envoyer et recevoir les informations adéquates qui permettent l'automatisation totale du respirateur. Plus précisément, l'unité pneumatique comporte a) Un mélangeur de gaz. b) Une chambre de mélange. c) Une soupape d'aspiration. d) Un analyseur d'oxygène. e) Un transducteur de débit. f) Un système de contrôle de soupape d'expiration. g) Une soupape d'expiration. h) Un système de mesure de pression du patient. i) Des systèmes de mesure et de sécurité. Tous ces organes, comme il a été dit plus haut, sont dfment reliés, au moyen de coupleurs optiques, d'analyseurs, de détecteurs, ou d'autres éléments, au module de contrôle général qui est commandé par une unité centrale de traitement constituée basi- quement par un micro-ordinateur. La source de gaz fournit le mélange gazeux qui doit être administré au patient en réglant sa composition et sa pression avec l'aide du mélangeur de gaz. Le mélangeur de gaz effectue le mélange d'air/02 ou 02/N20 à partir des gaz correspondants à la pression à laquelle ils arrivent par les conduits correspondants, et le procédé utilisé consiste de préférence à contrôler les temps relatifs de passage de chaque gaz à travers un même étranglement fixe. A cet effet, il convient d'ajouter que dans une réalisation préférée on utilise le mélange par contrôle de temps qui fait l'objet du modèle d'utilité 231 608. La chambre de mélange sert d'accumulateur de gaz de façon que l'on puisse obtenir des débits instantanés élevés, ce qui en outre permet d'homogénéiser le mélange de gaz. A partir de la chambre de mélange par une conduite qui est reliée à une batterie de soupapes qui constitue l'ensemble de soupape d'aspiration. Cette soupape d'aspiration constitue le dis- positif de contrôle final, du servosystème qui règle le flux d'aspira- tion du patient en foe&tiou du signal qui lui est envoyé par le transducteur de débit et de la valeur instantanée nécessaire à chaque instant. La réalisation pratique de cette soupape d'aspiration, comme il a été dit plus haut, consiste en une batterie de soupape à éche- lonnement digital. A l'intérieur du conduit qui fournit le mélange de gaz au patient se trouve un transducteur de débit, élément qui envoie de façon permanente l'information à l'appareil de contrôle général. Ce transducteur est bi-directionnel, présente une perte de charge réduite et il est doté d'une réponse rapide. La soupape d'expiration consiste en une soupape à mem- brane commandée pneumatiquement. La commande pneumatique est préfé- rable en raison de sa simplicité, de sa fiabilité et de son poids réduit. Le contrôle pneumatique d'expiration fournit les signaux pneumatiques nécessaires pour la commande de la soupape d'expiration, en fonction des signaux électriques reçus à partir du contrôle géné- ral. Il emploie comme source d'alimentation pneumatique de 1' 2 ou de l'air comprimé. Le système de mesure de pression du patient est consti- tué par un transducteur de pression et une vanne à trois directions commandée électriquement qui permet de mettre périodiquement le trans- ducteur en communication avec l'atmosphère pour réaliser automatique- ment son tarage. Finalement, sontprévus différents éléments tels que pressostats, filtres, soupapes de sécurité unidirectionnelles, qui fonctionnent comme éléments auxiliaires de mesure, contrôle et sécu- rité. En ce qui concerne le module de contrôle général, il convient de dire qu'il est chargé de superviser tous les éléments du système en fonction des signaux d'entrée pour que soient réalisées les fonctions demandées et qui sont contenues, sous forme de pro- grammes, dans les mémoires dont il est doté. Comme organe actif principal, on trouve un micro- ordinateur à 8 bits doté de ses blocs de mémoires correspondants RAM et ROM, ainsi que ses différents circuits annexes tels que des unités d'entrée-sortie, drivers, etc. Les programmes qui commandent le fonctionnement de l'ensemble sont réalisés sous forme de blocs fonctionnels clairement délimités pour faciliter l'écriture de ces programmes et que l'on puisse profiter au maximum de la flexibilité du micro-ordinateur, en conservant en outre la possibilité d'inclure par la suite de nou- velles fonctions ou encore d'adapter les fonctions existantes à des nécessités concrètes d'une application particulière. Pour l'introduction dans le micro-ordinateur des données numériques et des commandes, on utilise un clavier qui, dans la réalisation préférée du respirateur, comporte des touches destinées aux chiffres, des touches qui permettent l'introduction des paramètres et des touches de sélection des différentes fonctions. Le micro-ordinateur comporte certaines routines de vérification de paramètres, pour superviser la validité des données introduites, tant en ce qui concerne leur nombre et leur combinaison que les valeurs absolues des données numériques introduites, circons- tance qui réduit au minimum la possibilité d'une utilisation erronée du respirateur. En outre sont prévus les programmes respectifs d'édition qui permettent la présentation sur un écran de rayons cathodiques de différentes informations, tant alphanumériques, que graphiques, ce qui dote le respirateur ainsi construit d'une grande versatilité. La capacité du micro-ordinateur pour effectuer les opé- rations arithmétiques permet de calculer les paramètres et les va- riables suivants: Pression alvéolaire maxima> compliance, résistance, correction de volumes, pressions d'expirations, représentation de courbes, etc. En outre, le respirateur est capable de présenter sur l'écran les courbes qui seraient obtenues en appliquant au patient, sous traitement, de nouvelles conditions respiratoires. Cette simula- tion peut être effectuée tandis que continue la ventilation avec les paramètres fixés précédemment et c'est seulement dans le cas o les nouvelles valeurs seraient satisfaisantes que l'opérateur peut ordonner le changement de ventilation du patient, dont le contrôle est assuré par le micro-ordinateur en fonction des nouveaux paramètres calculés durant la simulation. Une autre possibilité de ce respirateur consiste en sa capacité pour effectuer une "histoire clinique". A cet effet, en ré- servant un certain espace de mémoire, on peut y accumuler les valeurs des paramètres mesurés sur le patient durant les dernières heures. Une simple comparaison de chaque nouvelle valeur avec la valeur ou les valeurs précédentes, réalisée de façon automatique, peut donner une idée claire de la tendance de l'évolution clinique du patient. Egalement, on peut établir des conditions d'alarme lorsque certaines valeurs absolues ou certaines variations sont dépassées. En définitive, les possibilités du respirateur qui est contrôlé par le micro-ordinateur et en définitive par ses programmes de commande sont pratiquement illimitées et libèrent l'opérateur de la tâche de supervision qui était jusqu'à présent nécessaire avec les respirateurs conventionnels. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure unique représente à titre illustratif et sans caractère limitatif le schéma général du respirateur dans lequel sont clairement délimités le module d'unité pneumatique et le module de contrôle général. Selon le schéma général de la figure, on peut voir comment les conduites 2, 3 et 4,qui fournissent respectivement le protoxyde d'azote, l'oxygène et l'air sous pression, sont dotées de pressostats correspondants 18, l9a et l9b, toutes les canalisations étant dotées d'un détendeur de pilotage 20 qui est l'organe chargé de produire une pression de référence pour le pilotage qui est effec- tué dans l'équilibreur de pression 21. Cet équilibreur de pression 21 qui est piloté pneumatiquement comme il a été dit plus haut, garantit que la pression des deux gaz à mélanger, oxygène et air ou oxygène et protoxyde d'azote, sera toujours la même. L'équilibreur de pressions 21 communique avec une chambre de mélange 22 > travers les soupapes correspondantes 23 qui donnent passage au mélange d'air et N2 0 et 24 qui donne passage à 1'02, soupapes qui se rejoignent dans un étranglement commun 25. La chambre de mélange 22 permet l'homogénéisation du mélange de gaz et sert de réserve d'amortissement des variations de pression d'alimen- tation de la batterie 7 de vanne d'aspiration. Le remplissage de la chambre de mélange 22 est contrôlé par le pressostat double 26, à haute sensibilité, qui agit sur les différentes soupapes du mélan- geur. Il a été prévu également la présence d'une soupape de sécu- rité 27 qui assure que, en aucun cas, sera dépassée la pression de travail de la chambre de mélange 22. En outre, il existe un élément analyseur d'O2, 28, lequel, à travers la soupape 29 et de son étranglement associé 30, permet la prise d'échantillon du gaz contenu dans la chambre de mélange 22, pour l'analyser et vérifier ainsi le fonctionnement cor- rect du mélangeur. Le tarage de cet analyseur d'oxygène 28 peut être vérifié et corrigé en interrompant le passage du gaz provenant de la chambre de mélange 22 et en laissant passer le temps nécessaire pour que le gaz contenu dans la chambre de mélange soit constitué uniquement par de l'air. La batterie de soupape d'aspiration 7, en plus de com- muniquer avec la chambre de mélange 22, rejoint le transducteur de débit 15 du bloc patient, ce transducteur de débit instantané étant bidirectionnel et situé à proximité du patient sur la partie commune à l'aspiration et à l'expiration. Ce transducteur 15 est associé à un bloc 31 qui conditionne le signal émis par le transducteur 15 et l'envoie par la ligne 32 au module de contrôle général 6. Le circuit patient est également relié à un transducteur de pression 11 à travers la vanne à trois directions 33, ce qui permet de le mettre en communication avec l'atmosphère et de vérifier et corriger les dérives de zéro de son échelle. La soupape respiratoire 14 est contrôlée pneumatique- ment et peut être fermée, de façon totale ou partielle, ce qui permet de créer des pressions positives continues durant la phase d'expira- tion. Cette soupape 14 est contrôlée par une batterie de soupapes dotées d'un étranglement qui constituent le bloc 16 de contrôle de pression final, et qui permettent de créer une pression variable qui, lorsqu'elle est appliquée à la commande de la soupape 17,produit la fermeture de celle-ci ou la pression désirée dans le circuit patient. Tous ces organes sont contrôlés par le bloc 6 de contrôle général, lequel comporte un micro-ordinateur 35, de préfé- rence à 8 bits, qui, au moyen de ses différentes busesest relié aux autres éléments du module de contrôle, parmi lesquels il convient de faire ressortir le bloc 36 ou mémoire ROM et le bloc de magasinage 37 de mémoire RAM. Pour l'introduction de données, commandes et fonctions, il a été prévu un clavier 38 qui est relié au micro-ordinateur 35 à travers son unité correspondante d'interface et de codification 39, tandis que,pour la présentation visuelle de l'information alphanumé- rique et graphique, il existe un écran de rayons cathodiques 40 relié au système de micro-ordinateur à travers son unité correspondante de remise à jour d'écran 41. Les blocs 42, 43 et 44 correspondent aux blocs amplifi- cateurs et convertisseurs analogique/digital qui reçoivent, respective- ment, les signaux du conditionneur 31 du signal de transducteur de débit 15, de transducteur de pression 11 et de l'analyseur d'O 28, tandis que le bloc 45 qui comporte une pluralité de détecteurs de niveau reçoit les signaux provenant des différents détecteurs disposés tout le long de l'ensemble du respirateur. Les blocs 46, 47, 48 et 49 consistent en des étages de sortie au moyen de dispositifs de liaisons optiques et d'amplificateurs des signaux qui sont produits dans ce bloc de contrôle 6 et commandent le fonctionnement du respirateur, les sorties de ces blocs étant dotées de la référence inhérente au dispositif auquel ils sont associés, tandis que le bloc de sortie 9 est réservé à l'envoi de signaux à d'autres organes de commandes de moindre importance fonctionnelle. Dans ce schéma du bloc de contrôle général, on a omis la source d'alimentation qui, dans des conditions normales, est reliée au réseau électrique normal, étant prévu l'existence de batteries d'accumulateurs montées en tampon, capables d'assurer le fonction- nement automatique de l'ensemble pendant un temps prédéterminé en cas d'absence d'énergie électrique de la source d'alimentation. De cette façon, on obtient un respirateur contrôlé par programme susceptible d'effectuer une ample gamme de fonctions et modalités de fonctionnement en éliminant la dépendance humaine nécessaire jusqu'à présent dan1s ce type de dispositifs. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui vien- nent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Améliorations apportées à un respirateur à usage clinique, caractérisées en ce que le respirateur est constitué par un module pneumatique et un module de contrôle, associés conjointe- ment entre eux, le module pneumatique étant constitué par des organes destinés à être reliés à des sources d'alimentation en gaz comprimé (2, 3, 4) qui se rejoignent dans un dispositif équilibreur de pression de gaz (21), piloté pneumatiquement, lequel est relié à une chambre de mélange (22) contrôlée par un pressostat double à partir duquel partent deux conduites principales qui alimentent des batteries de soupapes dotées d'étranglements, reliées en série, l'une de ces batteries formant un ensemble de soupapes d'aspiration, tandis que l'autre constitue une batterie de soupapes de contrôle de la soupape d'expiration, la première de ces soupapes alimentant le cir- cuit du patient et étant dotée d'un transducteur de débit (15), le module de contrôle étant relié au module pneumatique par des lignes d'information et des lignes de commandes, ce module de contrôle étant constitué par un micro-ordinateur (35) doté d'un clavier (38) qui permet l'introduction de données et d'instructions et d'un écran de rayons cathodiques (40) qui permet de présenter simultanément une information alphanumérique et graphique, le clavier (38) et l'écran (40) étant reliés au micro-ordinateur (35) par des unités d'interface correspondantes, étant prévu que les lignes d'information qui relient le module de contrôle au module pneumatique accèdent à une pluralité de blocs amplificateurs suivis des convertisseurs analogi- que/digital correspondants, le tout étant relié aux buses du micro- ordinateur (35), ces buses de données étant reliées également à une pluralité d'accouplements optiques et d'amplificateurs qui produisent des signaux susceptibles de commander les différents soupapes et organes du module pneumatique. 2. Améliorations apportées à un respirateur à usage cli- nique, selon la revendication 1, caractérisées en ce que le module pneumatique est doté d'un transducteur de pression (11) relié au cir- cuit du patient à travers une vanne à trois directions (33), l'une de ces directions assurant la communication avec la pression atmosphé- rique, la vanne étant commandée par le module de contrôle pour permettre le tarage périodique et automatique du transducteur de pression. 3. Améliorations apportées à un respirateur à usage cli- nique, selon la revendication 1, caractérisées en ce que le module de contrôle reçoit une ligne d'information provenant d'un organe (28) analyseur d'O,, lequel est relié à travers une vanne et son étran- glement correspondant à la chambre de mélange (22), étant prévu dans le module de contrôle un programme d'évaluation et d'analyse de fonctionnement du mélangeur de gaz pour obtenir le tarage périodique et automatique de celui-ci. 4. Améliorations apportées à un respirateur à usage cli- nique, selon la revendication 1, caractérisées en ce que le trans- ducteur de débit (15) est bidirectionnel et situé, à proximité du patient, dans la partie commune d'aspiration et d'expiration, et permet d'envoyer un signal à un bloc de conditionnement qui est relié à une ligne d'information du module de contrôle. 5. Améliorations apportées à un respirateur à usage cli- nique, selon la revendication 1, caractérisées en ce que le module de contrôle présente une mémoire dans laquelle est enregistré un programme qui permet au respirateur de travailler dans toutes les modalités possibles de respiration assistée et contrôlée, ainsi que leurs variantes et leurs combinaisons. 6. Améliorations apportées à un respirateur à usage cli- nique, selon les revendications 1 et 5, caractérisées en ce que le module de contrôle présente, enregistré dans une mémoire, un pro- gramme de simulation de la réponse que l'on obtiendrait en ce qui concerne les variables cliniques du patient si l'on changeait les paramètres de fonctionnement qui commandent, à ce moment, le respira- teur, cette simulation étant obtenue sur l'écran de rayons catho- diques (40) sans produire de variations des paramètres de fonction- nement en vigueur à ce moment. 7. Améliorations apportées à un respirateur à usage cli- nique, selon l'ensemble des revendications 1, 5 et 6, caractérisées essentiellement en ce que l'écran de rayons cathodiques (40) présente, sous forme de courbe stable, les courbes qui correspondent à la pres- sion, au volume et au débit instantané, ces données relatives étant 1l emmagasinées provisoirement dans une mémoire commandée par le contrô- leur qui correspond à l'écran. 8. Améliorations apportées à un respirateur à usage cli- nique, selon l'ensemble des revendications 1, 5, 6 et 7, caractérisées en ce que le module de contrôle dispose d'une zone de mémoire déter- minée qui permet l'accumulation des différents paramètres cliniques inhérents au patient durant une certaine période de temps, dans le but de constituer une banque de données et une histoire clinique du patient. 9. Améliorations apportées à un respirateur à usage cli- nique, selon l'ensemble des revendications 1, 5, 6, 7 et 8, caracté- risées en ce que le module de contrôle est doté dans sa mémoire d'un programme qui contrôle les commandes d'un clavier, de façon que celui- ci soit toujours actionné de façon séquentielle définie, en réalisant en même temps les vérifications concernant les valeurs proposées suivant différents patrons de calculs, sans permettre que les para- mètres proposés qui conduisent à des combinaisons erronées ou à des valeurs anormales de ceux-ci soient acceptés par la machine. 10. Améliorations apportées à un respirateur à usage cli- nique, selon l'ensemble des revendications 1, 5, 6, 7 et 8, caracté- risées en ce que le module de contrôle dispose, enregistrés de façon permanente en mémoire, de paramètres de base de fonctionnement que l'équipement propose à l'opérateur au moment initial de sa connexion.