Brevet FR2518393A1 — publié le 19830624

2518393. Méthode et Apparei, pour mesurer la concentration d'un constituant donné dans un az inhalé et/ou exhalé par un malade. 1 La présente invention concerne une méthode pour mesurer la con-_ centration d'un constituant donné dans un gaz inhalé et/ou exhalé par un malade ainsi qu'un appareil qui permet l'application de-la méthode. La possibilité de déterminer la composition du gaz respiratoire dans les alvéoles pulmonaires chez un malade est du plus grand intérêt dans le domaine médical Dans les soins intensifs et sous l'effet de 1 ' anetiésie, la principale raison provient du fait que les malades peuvent alors être plus facilement surveillés et leurs traitements adaptés de façon plus favorable Dans le domaine de la recherche physiologique, la composition du gaz respiratoire est déterminée afin, entr'autre chose de fournir des méthodes de diagnostics améliorés Ces constituants dont la concentration dans le gaz est d'un intérêt primordial sont C 02 Y 02 et des anesthésiques gazeuxtels que N 20, halothane, etc Il doit être pos- sible de mesurer la concentration de ces constituants de manière continue et de préférence avec un temps de réponse court afin de pouvoir également déterminer efficacement des variations rapides dans la concentration des constituants gazeux d'intérêt Par exemple, la quantité d'oxygène (O consumée par un malade peut être déterminée en mesurant la teneur en 02 du gaz respiratoire aspiré et expiré par le malade au cours des périodes d'inspiration et d'expiration. Le seul endroit o il est possible en pratique de déterminer la concentration d'un constituant donné du mélange gazeux inhalé et exhalé par le malade si situe immédiatement en face de la bouche du malade, dans la voie des gaz qui est reliée aux passages de l'air du malade et à travers laquelle passe à la fois le gaz inhalé et exhalé Il serait possible d'effectuer une telle détermination à l'aide d'un transducteur- placé dans le trajet du gaz circulant à travers la dite voie des gaz a 1 au moins dans le cas de certains constituants du gaz Cependant, ceci conduirait à une demande élevée en transducteurs de mesure, qui doivent être petits et légers en poids, en plus d'être capables de supporter toutes sortes de traitements de manipulation, y compris le nettoyage et la stérilisation Pour ces raisons, on préfère retirer une partie du gaz respiratoire circulant à travers la voie reliée aux passages de l'air du malade, à un endroit situé immédiatement en face de la bouche du malade, et faire passer cette partie du courant vers un instrument convenable afin de déterminer la concentration du ou des constituants du gaz d'intérêt dans le mélange gazeux Cependant, lorsqu'on utilise cette méthode de mesure, il eàt nécessaire que seul un relativement petit courant de gaz soit retiré et amené vers l'instrument de mesure En outre, le volume total du gaz retiré entre le lieu de ponction et l'instrument de mesure doit être faible et le temps mis par le gaz retiré pour attein- dre l'instrument de mesure doit également Ltre court, afin d'obtenir une réponse de mesure rapide ne comportant pas de risques que des parties différentes du gaz respiratoire retiré se mélangent ensemble avant que le courant de gaz atteigne l'instrument de mesure Autrement, il ne sera pas possible de mesurer des variations rapides dans la concentration du constituant du gaz d'intérêt d'une manière satisfaisante. Un problème difficile rencontré lorsqu'on effectue cette procédu- re, provient de ce que l'humidité relative du mélange gazeux retiré pour la mesure peut varier d'environ O % à environ 97 %, tandis' que la tempé- rature du mélange peut varier de la température de la pièce à environ 350 C Ceci signifie que la quantité d'eau transportée par le mélange gazeux retiré peut grandement varier ce qui conduit à toutes sortes de difficultés. Avec la pression totale du mélange gazeux constante, des varia- tions dans l'humidité relative du mélange gazeux retiré pour la mesure conduiront naturellement à des variations correspondantes dens les pres- sions partielles de tous les autres constituants du gaz du mélange Par ailleurs, la température et l'humidité relative dans les poumons du mala- de sont toutes deux constantes En conséquence, les valeurs de mesure obtenues par rapport au(x) constituant(s) du gaz intéressants doivent être convertis aux conditions prévalent dans les poumons du mala- de Ceci requiert d'effectuer des mesures compliquées de l'humidité-et de la température momentanées du mélange gaz amené vers l'instuument de mesure On comprendra que ce problème existe même si l'instrument de mesure utilisé est en lui-même insensible à la vapeur d'eau, puisque les 1 variations dans la teneur de vapeur d'eau contenue dans le mélange gaz donnent naissanceà des variations dans les teneurs de tous les autres constituants gaz dans le mélange de gaz, lorsque le dit mélange est à pression constante. Ces difficultés, bien entendu, seront encore plus grandes lorsque l'instrument de mesure utilisé sera sensible à la vapeur d'eau, de telle sorte que la mesure du ou des constituants du gaz d' in- térêt sera perturbée par la présence de vapeur d'eau dans le mélange de gaz Ceci est le cas, par exemple, avec des détecteurs de concentration de gaz incorporant un oscillateur en cristal dont le cristal possède un revêtement qui absorbe le constituant ou les constituants du gaz a mesu- rer, par exemple un anesthésique gazeuxetqui est également capable d' absorber la vapeur d'eau, de telle sorte que la teneur en vapeur d'eau du mélange de gaz influence le résultat de la mesure Comme autre exemple, on donnera ces instruments basés sur l'absorption-IR et utilisés pour déterminer, entre autre, les teneurs en CO Ces instruments utilisent à présent une longueur d'onde d'environ 4,3 y m, ce qui signifie que le procédé de mesure sera perturbé par la présence de N 20 et O 2 dans le mélange de gaz Pour cette raison, il serait plus avantageux de pouvoir utiliser une longueur d'onde d'environ 2,6 pm, longueur d'onde pour la- quelle beaucoup de bons détecteurs de radiations IR sont disposibles. Cependant, à cette longueur d'onde, le procédé de mesure est fortement perturbé par des variations dans la quantité de vapeur d'eau contenue dans le mélange de gaz. Une autre difficulté qui peut apparaitre lorsque la température et l'humidité relative à mesurer pour le mélange de gaz retiré sont élevées, et que la vapeur d'eau contenue dans le mélange de gaz se condense dans le conduit ou la voie semblable menant à l'instrument de mesure et/ou dans l'instrument de mesure lui-même, entraînant respectivement l'obstruction du conduit et des dommages pour l'instrument. On peut diminuer ces difficultés en séchant le mélange de gaz retiré pour la mesure avant de l'amener vers l'instrument de mesure, -soit en amenant la vapeur d'eau dans le mélange de gaz à condenser et en re- cueillant la condensation dans un collecteur d'eau, soit en faisant pas- ser le mélange de gaz à travers un agent de dessication convenable capa- ble d'absorber la vapeur d'eau dans le mélange de gaz, de telle sorte que dans les deux cas un mélange de gaz pratiquement sec soit amené vers 1 ' instrument de mesure Cependant, on a trouvé en pratique que l'ensemble de ces solutions au problème était soit non utilisable soit pas du tout- 1 convenable Par exemple, le collecteur d'eau ou le système de dessication doit être régulièrement surveillé, une tache qui est considérée génante par ceux qui utilisent le système de mesure Mais un inconvénient plus sérieux à ces solutions est que la présence d'un collecteur d'eau ou d'un système de dessication entraine une augmentation du volume de gaz entre le lieu de ponction et l'instrument de mesure ainsi que du temps pris par le mélange de-gaz pour passer du lieu de ponction audit instrument de mesure, ce qui, comme indiqué'précédemment, entraine un allongement du temps de réponse de mesure, de telle sorte que des variations rapides dans la concentration du constituant du gaz d'intérêt ne peuvent pas facilement être détectées Ce problème peut seulement être contrecarré en augmentant le courant du gaz retiré pour la mesure Mais, par ailleurs, un tel accroissement dans le courant de gaz retiré n'est pas souhaitable puisque seule une faible partie du volume total du gaz inhalé et/ou exhalé par le malade doit être retirée afin de mesure; et ce volume total peut en lui-même être faible notamment lorsqu'il s'agit de traiter des enfants En conséquence, un but de la présente invention consiste à fournir une méthode perfectionnée pour mesurer la concentration d'un ou plusieurs constituants donnés dans un mélange de gaz inhalé et/ou exhalé par un malade, méthode dans laquelle une faible partie du courant du gaz respiratoire circulant dans une voie de gaz respiratoire reliée aux passages de l'air du malade est retirée et amenée de manière continue vers un instrument de mesure sensible au constituant ou aux constituants du gaz intéressant cette méthode diminuant de manière significative tous les problèmes discutés ci-dessus. On a atteint ce but, selon l'invention, grace à une meét 1 xde du type mentionné ci-dessus dans laquelle on ajuste la température et l'humidité relative du gaz retiré pour la mesure pour les faire effecti- vement coincider avec-la température et l'humidité relative de l'air ambiant avant d'amener le gaz-vers l'instrument de mesure. L'invention est basée sur la conception qu'il n'est pas du tout nécessaire de totalement libérer de la vapeur d'eau le gaz retiré pour la mesure avant de le faire passer dans l'instrument de mesure, mais qu'il est possible d'obtenir un résultat totalement satisfaisant en amenant l'humidité et la température du -gaz retiré pour la mesure pratiquqement en conformité avec la température et l'humidité -relative de l'air ambiant Comme on le comprendra, on peut facilement étalonner l'instrument de mesure avant l'opération de mesure par rapport à l'humidité 1 et à la température de l'air ambiant, qui pendant la durée de l'opération de mesure ne changeront pas à un degré susceptible d'influencer grandement l'exactitude des mesures prises. L'humidité relative et la température du mélange de gaz retiré pour la mesure peuvent facilement être amenées à l'humidité et la tempé- rature de l'air ambiant en faisant passer le mélange de gaz retiré vers l'instrument de mesure à travers un conduit qui sur au moins une partie de sa longueur est constitué d'un matériau présentant des propriétés d'absorption de l'eau élevées sélectives et réversibles et dont les sur- faces extérieures sont en contact libre avec l'air ambiant Cette partie du conduit peut de manière avantageuse comprendre un tube fin fait en un matériau comprenant un polymère de fluorosulfonyle ou un copolymère de fluorosulfonyle et d'autes minomères tels que le tétrafluoréthylene. Si on fait passer un gaz à travers un conduit, par exemple un tube fin fait avec un tel maté'riau, et dont les surfaces extérieures sont en contact libre avec l'air ambiant, l'humidité relative du gaz circulant à travers le conduit est rapidement et efficacement équilibréeen accord avec l'humidité de l'air ambiant, et ceci du fait que la vapeur d'eau diffuse à travers la paroi du conduit vers le côté de cette paroi sur laquelle Se trouve l'humidité relative la plus basse Comme on le comprend, en même temps, la température du gaz circulant dans le conduit est amenée en accord avec la température de l'air ambiant Tout ce dont on doit s'as- surer, c'est que-le Ssurfaces extérieures du conduit sont en contact libre avec l'air ambiant et que l'air ambiant peut circuler à travers ces sur- faces. Lorsqu'on applique la méthode selon l'invention, il est seulement nécessaire de retirer et d'amener un très petit courant de gaz vers l'ins- trument de mesure, et du fait que la longueur du tube nécessaire est rela- tivement courte, le temps pris par le gaz pour passer du lieu de ponction à l'instrument de mesure est bref et le risque de mélange interne du gaz retiré minime, ce qui permet de mesurer même des changement rapides dans la concentration du constituant du gaz intéressant Lorsque l'on applique la méthode selon l'invention, la quantité de gaz retiré pour effectuer la mesure dépend des exigences de l'instrument de mesure utilisé. * Comme on le comprendra, la longueur requise pour le tube de maté- riau absorbant réversiblement la vapeur d'eau dépendra de la valeur du courant de gaz et du diamètre du tube, et de l'importance de la différence en humidités relatives qu'il faut égaliser Cependant, ces valeurs peuvent facilement être établie par des tests. Afin de déterminer l'efficacité de la méthode selon l'invention, on effectue un certain nombre de tests dans lesquels on fait passer un air dune humidité relative donnée dans une extrémité d'un tube disponi- ble dans le commerce et fait d'un copolymère de fluorosulfonyle, les surfaces externes du tube étant en libre contact avec l'air ambiant, et on mesure l'humidité relative de l'air sortant à l'autre extrémité du tube On effectue ces tests avec des tubes de longueurs mutuellement dif- férentes et avec deux débits différents à travers le tube, respectivement et précisément 100 ml/min et 400 ml/min Lés tubes possèdent dans tous les tests un diamètre extérieur d'environ 1,25 mm et un diamètre intérieur d'environ 1,0 mm. Test 1 Dans cet essai l'air introduit à une extrémité du tube possède une humidité relative de 96 % et une température de 230 C, tandis que l'air entourant le tube possède une humidité relative de 25 % et une température de 230 C. Test 2 Dans ce test, l'air introduit à une extrémité du tube possède une humidité relative de 2 % et une température de 230 C, tandis que l'air entourant le tube possède une humidité relative de 24 % et une tempéra- ture de 230 C. Les résultats de ces tests sont indiqués dans le tableau ci- dessous, qui indique l'humidité relative de l'air sortant à l'autre ex-. trémité des tubes respectifs de longueurs différentes. Tableau Test 1 Test 2 Longueur du Débit Débit Débit Débit tube en cm 400 ml/min 100 ml/min 400 ml/min 100 ml/min 24 24 23 23 90 25 24 23 23 26 24 23 23 28 24 23 23 - 33 24 23 23 36 24 23 23 39 24 21 23 48 24 18 23 61 32 12 23 39 10 79 62 6 20 7. 1 Il ressort clairement de ces résultats que dans la mise en prati- que de la méthode selon l'invention en utilisant un tube relativement court, on peut amener l'humidité relative du gaz circulant à travers le tube en conformité avec l'humidité de l'air environnant indépendamment du fait de savoir si l'humidité relative originelle du gaz circulant à travers ce tube est beaucoup plus élevée ou beaucoup plus basse que celle de l'air ambiant. On comprendra également que l'invention peut s'appliquer indépen- demment de la forme prise par l'appareil de mesure utilisé pour mesurer la concentration du constituant ou des constituants du gaz intéressants. REVENDICATIONS 1 Méthode de mesure de la concentration d'un ou plusieurs constituants donnés dans un gaz respiratoire inspiré et/ou expiré par un malade, dans laquelle une faible partie du courant de gaz passant à travers un conduit de gaz respiratoire relié aux passages de l'air du malade est retirée et amenée en continu dans un instrument de mesure sensible au constituant ou aux constituants, caractérisée en ce qu'on amène l'humidité relative et la température du gaz retiré pour la mesure en conformité substantielle avec l'humidité relative et la température de l'air ambiant, avant d'introduire ce gaz dans l'ins- trument de mesure. 2 Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on fait passer le gaz retiré pour la mesure dans l'instrument de mesure à travers un conduit qui, sur au moins une partie de sa lon- gueur, est constitué d'un matériau possédant des propriétés d'absorption de l'eau élevée, sélective et réversible, et dont les surfaces exter- nes sont en contact libre avec l'air ambiant. 3 Méthode selon la revendication 2 caractérisée en ce que ce conduit comprend un tube fait en un polymère de fluorosulfonyle - 4 Appareil pour mesurer la concentration d'un ou plusieurs constituants donnés dans un gaz respiratoire inspiré et/ou expiré par un malade, comprenant un instrument de mesure sensible au constituant ou aux constituants et un conduit pour relier l'instrument-au conduit à travers lequel circule le courant du gaz respiratoire du malade, carac- térisé en'ce que le conduit de liaison à l'instrument de mesure est constitué, sur au moins une partie de sa longueur, d'un matériau pos- sédant des propriétés-d'absorption de l'eau élevée, sélective et ré- versible et en ce que les surfaces externes de ce conduit sont en libre contact avec l'air ambiant. 5 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au. moins une partie du conduit de liaison à l'instrument de mesure comprend un tube fait en-un polymère de fluorosulfonyle.