Brevet FR2513885A1 — publié le 19830408

La présete invention concerne une série de perfectionnements destinés aux respirateurs d'anesthésie et en particulier à ceux comportant une chambre de distribution au patient, tete- nant le volume nécessaire à une ventilation unitaire, ladite chambre étant mue par deux autres chambres qui lui sont liées et qui reçoivent elles-mêmes les gaz à une pression supérieure. Dans certains respirateurs une membrane est chargée de distribuer un volume défini d'un gaz de composition définie à un patient, 'adite membrane étant poussée par des ressorts ou pa- l'action d'un gaz à une pression plus élevée dans une aut-e membrane. Dans ces cas là la f-équence de l'appareil varie en fonction de la compliance de " 'appreillage et du patient . Pou- pal'ie- cet inconvénient, 'a présente invention utilise une soupape tarée au débouché de 'a chamb-e balayée par membrane. Elle mipose done à celle-ci une pression constante, indépendante de la compliance et du volume deservi et regularise ainsi la vitesse ce qui maintient évidemment la fréquence. Un aut-e facteu- induit une variation de fréquence, Lorsque le fonctioment du respirateur est proevenué par deux chambres en oppsition, que le gaz détendu issu de ces deux chamb-es est ensuite dist-ibué au patient mélangé à un autre gaz, et que la composition du gaz final est définie par les v-'umes -espectifs d'une pa-t de 1a chamb-e de dist-ibutin au patient et d'autre par de celui des gaz moteurs détendus.On joue alors le volume de ces gaz détendus pour faire varier la composition finale, et pour cela, on fait verier la pression de remplissage des chamb-es motrices et en agissant ainsi nn modifie effort mnteu- et d@n@ 'a vitesse de fréquence. 0l'effort moteur est, provoqué par l'ecart de pression entre celle des deux chamb-es -ecevant le plein débit et l'autre chambre dnt l'evacuation est 1amne'e. On peut alors pallie- la variation d'effort en agissant sur le réglage des dispositifs de laminage jusqu'à ce que 'a f-équence initiale snit retablie. Ceci peut se fai-e avantageusement et selon 1a présente invention en liant mécaniquement la commande de pression et celle des n-i- fices de laminage. Ce'n nécessite bien sûr un ajustement de la linéarité de ces commandes et également une disposition cinématique de liaison telle que chaque commande puisse être , mais que dans ce-tains cas cites réagissent néanmoins l'une sur l'autre en privilègiant certaines d'entr@@ll@s. Un exemple sur telle liaison est done dunné plus l@in. Une aut-e amélioration consiste en l'adaptation d'un dispositif pe-mettant, dans 'e cas d'un respirateur utilisant deux chamb-es mot-ices npp^sées, de fai-e va-ie- le point mort haut de la chamb-e mot-ice de sens nppnsé à la chambre p-incipa1e. En effet, lorsque l'on utilise la variation de course de ladite chamb-e p-ncipale pou- fai-e va-ie- le volume de gaz distribué à chaque cycle, 1a course des deux chambres motrices opposées varie de la même valeur, mais tandis que sur la chambre matrice de même sens que la chambre principale, la variation concerne la course à partir du point mort thaut (celui de volume nul ) dans 1,aut-e c'est le point mort bas qui demeu-e constant celui de volume maximal ) cette chamb-e va-ie donc ent-e deux volumes dont l'un est le volume maximal au lieu de va-ie- entre un volume -èg'ab'e et un volume nul.Une disposition Judicieuse du cylindre concerné le désolidarisant du reste de l'appareil pou lui applieur un dépracement de -èg'age égal à ce7ui du -èglage de la course permet de supprimer cet inconvenient. De D'us, si l,on place su- 1e même cylindre les ^-ganes de bascule- ment des vannes de commandes, 'es -èglages sont ramneés à une seu'e commande. Enfin, 'es -espi-ateu-s ci-dessus utilisent pa-fois un dispositif de distribution d'anesthésique en phase liquide d'une conception telle que tout en étant règlable, il suive igoureusement les variations des autres paramètres. Ce dispo sitif est ^-ganisé avec comme source motrice 'e mouvement du --espi-ateu- 'ui-même, mais i' peut êt-e également prévu avec une commande indépendante, ( électrique apr exemple ) déclanchée a chaque cycle pa- un signal quelconque émis au cou-s dudit cycle et à être ainsi utilisé dans d'aut-es modèles de respi-ateu-s. Ces dive-ses améliorations seront mieux comprises en suivant we schéma I su- lequel est -ep-ésenté er exemple d'une éalisation intégrant lesdites améliorations. On trouve, comme partiellement dans les rspirateurs semblables , 'a chambre d'a'imentatinn du ci-cuit patient ( i ) et 'es deux chamb-es motrices ( 2 ) et ( 3 ). Dans Xa chamb-e (2) le fond de cylindre est mobile, de telle façon que si la course varie@@es chamb-es ( 2 ) et ( 3 ) aient un fonctionnement symétrique. Le mécanisme de variation représenté ici à titre d' exe:3- pie comporte une chambre auxiliaire ( 4 ) solidaire du fond du cylindre (2) et pouvant être, ou non alimentée volontairement. Lorsqu'elle est alimentée elle soulève le fond de cylindre (2) et lorsqu'elle ne l'est pas elle retombe jusqu'à un dispositif de butée à hauteur variable constitué par exemple par un cylindre tournant ( 5 ), taillé en cremaillère sur 2 fois 1800 et deux pions ( 6 ) portés par le corps de cylindre. La pression, dans la chambre (2) étant toujours positive, le corps de cylindre tend toujours à descendre en butée. D'autres dispositifs mécaninues atteignant le même but sont possibles sans pour autant mettre en cause le principe du présent Brevet. Une soupape (10) est placé sur le circuit patient, sa pression de règlage est de l'ordre de 4 à 5 K Pa. Sa présence vermet de maintenir un effort constant sur la membrane de la chambre (1 ). Sa pression est supérieure à la pression maximale nécessaire au patient, mais demeure cependant compatible avec le fonctionnement. Un rapide calcul permet de vérifier Si l'on admet une pression maximale de fonctionnement de 800 l; Pa soit 500 K Pa absolus, sa détente à environ 100 K Pa absolus se produira dans un rapport de volume de 5 environ et la course des chambres étant la même, les surfaces seront dans le rapport de 10 ( puisqu'ily a 2 chambres motrices ).Les efforts étant dans le rapport des pressions relatives on peut donc avoir sur la membrane de la chambre (1) jusqu'au 1/10 de la pression des chambres motrices. La pression minimale théorique dans lesdites chambres est alors de 50 K Pa générant un mélange au titre de 30 % de gaz moteur et de 70 7 de gaz annexe. Le schéma 2 représente un dispositif mécanique destiné à rpoduire le basculement brusque des vannes de commande. La tige ( il ) est solidaire des pistons des chambres (1) (2) et (3) et porte à sa partie inférieure un index (12) entrant en contact avec un autre index (13) lorsq'elle est à son point mort haut. Ce contact provoque la rotation d'une tige carrée (1) ul, sous l'influence d'un ressort (15) peut prendre deux positions stables. la rotation provoquée par l'index (12) la fait alors passer d'une position A à la position B et dans ce mouve vent elle provoque le basculement des vannes et les maintient dans leur nouvelle position. L'autre basculement, correspondant a la position " point mort bs " est le fait d'un autre index (1G) porté aussi par la tige (12 et coopérant avec n index ( 17 ) symétrique de (13 ) par rapport à l'axe de la tige (18 ) et règla- ble en hauteur par une fourche solidaire du corps du cylindre (lj) nvi est celui règlant la chambre (2). On s'aperçoit que l'on règle ainsi simultanément le point mort bas et le volume correct de la chambre (2) .Bien évidemment ce resultat pet êtreobtenu, si l'on se trouve dans le cas d'n appareil disposant d'ne alimentation électrique, par l'utilisation de minirupteur et d'électrovanne. Sur le shéma 3 on a représenté une cinômatique de commande combinée du détendeur règlant la -pression dans les chambres motrices ( donc le titre du mélangeur distribué ) et des limiteurs de débit assurant la temporisation. Un différentiel (18) attaque par ses deux sorties (26) et (27) les vis de commande des limiteurs 24 et 25 règlant respectivement le temps d'expiration et le- temps d'inspiration.La cage extérieure dudit différentiel est reliée à une commande manuelle, bloquée en position repos et appelée " I/E "(.20 )-on conçoit que si lton manoeuvre l'ne qelconqe des deux sorties du différentiel ( 18 ) Ses deux vis 24 et 25 seront entralnôes en synchronisme dans un certain sens, et que si l'on débloque et manoeuvre la commande ( 20 ) on imposera une différence aux deux mêmes vis. La sortie ( 26 ) du différentiel (18 ) est d'autre part reliée à la sortie ( 28 ) d'un second différentiel (19 ) dont l'autre sortie ( 29 ) commande elle-même le détendeur ( 23 ).Une commande manuelle bloquée eu repos est liée à la sortie ( 29 ) et est appelée " titre du mélange " et une dernière commande manuelle ( 21 ) également bloquée au repos commande la cage extérievre du différentiel (19 ) fréquence . Dans ces conditions, une commande par ( 21 ) entraînera la cage ( 19 ), la sortie ( 28 ) ( puisque 29 est bloquée par 22 ) et donc les sorties (26) et (27 ) de ( 18 on commande donc bien la durée du cycle en commandant simulta nément (24 ) et (25 3. Une commande par 22 entrainera synchroniquement le détendevr (23 ) et les limiteurs ( 24 ) et (25). il rectifiera donc les temps de cycle en même temps qu'il modifiera la pression des chambres de travail. On a donc réalisé ainsi une commande des 3 paramètres rapport I/E, durée du cycle, titre do gaz dans laqelle chaque commande influe sur un seul des paramètres tout en rectifiant les autres réglages s'il a a lieu. Il faut cependant noter que le règlage du rapport I/E est éxécuté de préférence en premier Lieu. flans 'e cas ou 7e respirateur dispose d'une surce d'energie électrique, il est évident que tous ces reglages peuvent être produits par des moteurs asse-vis, les bases d'asservissement étant alors Pour I + E ( temps de cycle ) et I / E 1a mesure de ces valeurs témporelles et leur comparaison aux valeurs affichés, puis la commande pour anuler l'écart au cycle suivant. Ou bien, connaissant la course et ra valeur I et de E, 'e calcul de la vitesse de déplacement résultante et sa comparaison avec la vitesse -éelle de 'équipage mobi1e. Pou- 7e tit-e du melange, la mesu-e de la p-ession, dans chaque chambre, sa conversion en titre re'sultant, sa comparaison à la valeur affichée et la commande d'anulation de l'ecart. Pou- le volume par cycle, 7a mesu-e de 1a cnu-se et sa mise en valeur demandée par l'utilisation, d'un dispositif moteu que@conque, par exemple un vérin électrique. Tout cela impose l'utilisation de capteu-s de déplacement de vitesse, de pression, temporels etc... tous ces éléments parfaitment connus, et l'élaboration des consignes apr un cal cu' ateu- suffisamment sapide, ce qui est le cas des équipements parfaitment connus bâtis autour des microprocesseurs. te schéma 4 est relatif au dispositif de dist-ibutinn d'anestesique en phase 'iquide à piston manoeuvré pa- 7e @ouvement des chambres. Un calcul rapide perme tout d'abord de dimensionner 'a pompe nécessai-e. La masse moleculaire du fluoréthane ( CF 3 - CH C1 -B- ) est de 197,4 soit, a l'état gazeux pour 15 , 8,81 gr/dm3. ta densité du liquide étant de l'ordre de 1,87 on trouve, pour un volume courant 1,5 et une concentration volumique de 4 % une masse nécessai-e à chaque cycle de 1,5 X 0,4 X 8,81 = 0,35g- soit un volume de 'iquide de 0,35 = 0,187 cm3 ce qui donne pour 1,87 une tige de piston de e = 5 mm une course de t : 9,52 mm et de 26,45 pnu- une tige de = 3 mm. Cette quantité d'anesté- sique est dans les équipements actue's èvaporée par lècharge en surface de 5 à 10 % du gaz envoyé au patient.Selon le procèdé proposé pa- 'e prôsent Brevet, 'e volume de gaz destiné a cette évaporation va-ie de 30 à 100 % et t-ave-se une paroi poreuse imbibée de liquide, au 7ieu d'en 'èche- la su-face. L'évaporation çst donc suffisante gnu, qu'à chaque cyc' e , 7a -quantit: injectée dans ladite paroi poreuse soit évaporée de façon certaine. Sur ledit schéma 4 on peut voir le reservoir ( 30 ), le robinet d'arrêt ( 31 ), la pompe proprement dite ( 31 ) , le clapet anti-retour ( 33 ), le clapet d'injection 1 34 ) lequel est muni d'un ressort de tarage et est placé immédiatement avant ltentrée dans la paroi poreuse ( 35 ) , ceci afin de bien doser la faible quantité débitée à chaque cycle.La commande de la tige de piston ( 32 ) peut être faite tout d'abord comme l'indique le Brevet principal et son additif en prélevant le mouvement, dans un rapport variable sur la tige portant les chambres motrices et débitrices du respirateur, mais il est également possible, lorsqu'on veut utiliser un tel dispositif dans un modèle de respirateur disposant d'une source d'énergie électrique d'utiliser un dispositif tel que celui repre enté sur le schéma 4 et comportant un électro-aimant ( 36 ) dont l'arù:ature mobile (37) est liée à la tige du piston ( 32). Il est évident qu'une impulsion électrique, à chaque cycle propulsera la quantité ainsi prédéterminée D'autres dispositifs mécaniques peuvent être utilisés sans pour autant remettre en cause le principe du présent Brevet. De même que pour les paramètres précédemment évoqués ( I + E, I/E ), volume, titre ) la quantité d'anesthésique dis trique peut faire l'objet d'un asservissement avec bouclage sur l'affichage. Le schéma 5 est une autre version possible du dispositif représenté par le schéma 1 en utilisant des membranes à la place des joints et une autre disposition permettant de réduire l'encombrement de l'appareil. On y trouve la membrane principale 39, et les membranes motrices 40 et 41, le piston 42 supportant la membrane 39 se prolonge en un cylindre dans lequel se trouvent les membranes 40 et 41 qui fonctionnent donc avec un cylindre mobile et des pistons fixes. Ledit cylindre présentant un fond mêdian de séparation des deux membranes. Le règlage de volume unitaire s'obtient alors en faisant varier la position du piston inférieur 43 à l'aide, par exemple, d'une vis commande synchroniquement avec le dispositif destiné à commander le basculement des vannes. Un des avantages particulier à cette construction est la possibilité de loger a l'intérieur du volume 44 la totalité des organes de co=mande et de régulation de l'appareil, ceci ne laisserait à l'estérieUr que la capacité variable ou soufflet destinée à permettre t' de visu " de vérifier le fonctionnement de l'appareil, là ou les sources de gaz comprimé et le réservoir d'anesthésique, , tout cela pour des questions de sécurité. Le schéma 6 représente un autre montage possible pour la cinématique représentée sur le schéma 3 et adaptée plus particulièrement au cas ou l'on souhaite utiliser deux gaz différents pour alimenter chacune des deux membranes motrices. Dans ce cas, destiné plus particulièrment à l'anesthésie, si la variation de composition des gaz s'obtint par variation de la pression dans lesdites chambres motrices, on se retrouve donc à nouveau avec le problème de régulation de vitesse et de temps de cycle. Deux détendeurs distincts ( 49 - 50 ) sont utilisés et leur commande commune les fait varier en sens inverse; leur pression moyenne étant sensiblement constante. Leur commande 47 ( appelée " titre " ) est liée à la cage du différentiel 44. Une des sorties de ce différentiel est lié à la commande 46 ( I/E ) et l'autre à la cage du différentiel 45. Les deux sorties du différentiel 45 sont liées aux limiteurs débit 51 et 52 et ltune d'entr'elle porte la commande 48 " fréquence " . Toutes ces commandes sont bloquées au repos. On voit donc qu'une action sur 47 va entraîner les deux détendeurs en sens inverse et va corriger la variation corrélative de I/E, qu'une commande par 46 va faire varier en sens inverse les deux limiteurs de débit sans incidence sur le titre et qu'enfin une commande pat 48, en faisant varier dans le même sens les deux limiteurs amènera un règlage de la fréquence. Enfin,le schéma 7 représente une possibilité d'affinage de ces règlages par l'équilibrage de la commande I/E En effet dans les dispositifs représentés suelses schémas 3 et 6, la commande I/E n'intervient que surî,un/deux limiteurs, l'autre restant fixe. Pour équilibrer cette commande , la présente invention propose d'utiliser une version particulière du différentiel 45 ( ou 18) dans laquelle les deux sorties sont liées par une friction. Sur le schéma 7 on voit donc un différentiel dont la cage 53 est liée comme précédemment à une commande 59 allant vers I/E mais dont les satellites 54 et 55 sont montés sur deux demiaxes laissant un passage pour permettre de placer une friction 58 entre les deux sorties 56 et 57. La commande 60 ( fréquence ) n'est plus bloquée au repos, mais libre. Lorsque l'on commande par 59 ( I/E ) la présence de la friction fait que l'on va entrai ner dans le même sens et a la même vitesse les deux sorties 56 et 51 donc, de la meme valeur et en sens inverse les limiteurs 61 et 62. Par contre, une commande par 60 ( fréquence ), donnera un mouvement égal et de sens inverse aux deux sorties 56 et 57, puisque la cage 53 est bloquée et que la friction patine. Cela se traduira par une variation égale et de même sens sur les deux limiteurs de débit. - REVENDICATIONS 1) Respirateur automatique comportant deux chambres motrices et une troisième chamb-e de dist-ibuteu- de gaz de tendu et caractérisé par 'a présence, su- 'e ci-cuit de 1a troisième chambre utilisée en insufflatinn, d'une soupape tarée dont la pression de tarage est du même ordre de grandeur, que 1a pression maximale admissible par le patient, et placée entre la sortie de ladite chambre et le patient. 2) Respirateur automatique selon 1a revendication 1 et ca-acté-isé pa- une liaison cinématique permanente entre 1e ou les détendeu@s d'alimentation des chambres en opposition, et le regulateurs de débit génèrant le laminage du circuit desites chambres. 3) Respirateur automatique selon 'a revendication 2 et caractérisé en ce que 1a liaison cinématique pe-manente est le fait d'un différentiel dont les deux sorties sont reliées aux vis de commande des regulateurs avec un rapport de ( - I ) tandis nue 'a cage dudit régu'ateur est reliée a une commande manue''e bloquée au repos et que l'une des deux sorties du différentiel est wiée à une sortie d'un second différentiel dont ra seconde sortie est 'iée au détendeur et à une commande manuelle bloquée au repos ce qui permet en outre de disposer des 3 commandes distinctes su- 3 pa-amèt-es distincts et dont 'es -éactions mutuelles sontminimes . 4)Respirateur automatique sleon la revendication 3 et ca-acté-isé en ce que un au moins des différentiels comporte une friction inte-ne ou exte-ne realisant ses deux demi-a-b-es de sortie. 5) Respirateur automatique selon 'a revendication 1 et caractérisé en ce nue l'actionnement des vannes de commande du circuit d'a'imentation y est fait a hauteu- règlable à ''aide d'un taquet entraîné par 'e mouvement de ''axe portant les memb-anes ce qui amène un rèlage proportionnel du volume Sénèré par chacune d'entr'elles. 6) Respirateur automatique selon 'a revendication 5 et ca-acté-isé pa- 'e fait que 'e cylindre de ce''e des chamb-es en opposition qui est montée à ''inve-se de 'a 30 chamb-e est -èg'ab'e selon l'ase de dép1acement desdites chamb-es. 7) Respirateur automatique selon 'a -evendication 5 et 6 caractérisé en ce que le cylindre mobile supporte et déplace ,vec 'ui 'es organes de réglages de la course de 1 l'axe portant ls membranes. 8) Respirateur automatique selon la revendication 1 et caractérisé par la présence d'au moins un piston à la place d'au moins une des membranes. 9) Respirateur automatique dans lequel la distribution d'anesthésique s'effecue en phase liquide par une pompe volumétrique doseuse commandée par une source d'énergie extérieure au fonctionnement direct du respirateur.