Brevet FR2546404A1 — publié le 19841130

La présente invention concerne un dispositif de commande du fonctionnement d'un lit médical à lit fluidisé destiné à supporter un corps humain par flottement, au cours d'un traitement médical, sur un lit de fines particules soumises à un mouvement ascendant provoqué par un courant d'air comprimé diffusant vers le haut à travers une plaque de diffusion. Les lits fluidisés du type décrit sont utilisés essentiellement dans le domaine médical. La construction et le fonctionnement du lit fluidisé sont décrits en référence à la figure 1A qui est un schéma de principe d'un tel lit. De l'air ambiant AO est comprimé et transmis par un compresseur 1 de type annulaire, entraîné par un moteur la, l'air ayant une température accrue et étant alors refroidi à une température prédéterminée par un échangeur de chaleur HC recevant de l'air d'un ventilateur F. De l'air comprimé Al dirigé par un conduit D est réparti sous une plaque 3 formant diffuseur dans une chambre fermée 2.La plaque 3 qui est formée d'un matériau poreux en forme de plaque, assure la diffusion et l'étalement de l'air comprimé Al dans la chambre 2, lorsque l'air remonte dans les petits espaces ou interstices formés dans la plaque 3 de diffusion, sur toute la surface de celle-ci. Un lit 5 de fines particules ou de perles destinées à subir une circulation est entraîné par l'air 5 qui diffuse. Un réservoir 4, solidaire de la chambre fermée 2, contient le lit 5 et la plaque 3. La face supérieure du lit 5 est recouverte d'une nappe d'étoffe S qui a des interstices plus petits que les perles ou particules afin que l'air A2 qui diffuse puisse s'écouler sans que les perles 5 soient dispersées. La nappe ou le drap S constitue aussi une nappe de gaze ou de pansement au contact du patient placé au-dessus. Le lit fluidisé empêche l'interruption de la circulation sanguine sous l'action d'une pressionlocalisée exercée sur le corps du patient. En conséquence, on a utilisé jusqu'à présent le lit essentiellement afin qu'il favorise une nouvelle croissance de la peau d'un patient fortement brulé ou qu'il empêche la présence d'escarres dans le cas d'un patient alité pendant longtemps. Lorsque le patient repose sur le lit de perles 5, avec interposition de la nappe S, le patient est supporté de façon régulière par les perles qui sont mises en mouvement au-dessous d'une grande surface du corps du patient. En conséquence, la pression exercée à la surface du corps est rendue minimale, et la pression appliquée à la peau est réduite. Comme la pression superficielle est répartie uniformément, l'interruption de la circulation sanguine par une pression localisée exercée sur les vaisseaux périphériques, est évitée. La figure 1B montre comment un corps humain flotte lorsqu'il est supporté par le lit fluidis. Le corps humain BH flotte sur le lit 5 de perles aussi profondément que possible dans la mesure où cela ne contrarie pas le traitement médical nécessaire. Le lit fluide 5 de perles a une densité équivalente d'environ 1,29 par exemple et le corps humain est maintenu dans le lit comme représenté. En conséquence, le corps humain est supporté par le lit 5 sur une grande surface de contact réduisant la pression exercée à la surface du corps. Lorsque la position du patient allongé sur le lit doit être fixée pendant une certaine période au cours d'un traitement médical ou dans un autre but ou lorsque le cou ou la colonne vertébrale d'un patient placé sur le lit doit être traité, on doit utiliser l'avantage de la réduction au minimum de la pression superficielle exercée sur le corps tout en empêchant le déplacement libre du patient. Lorsque l'arrivée d'air comprimé est arrêtée, interrompant ainsi ltécoulement des perles, le patient repose sur les perles 5 comme s'il se trouvait dans un moule de plâtre par exemple. Cette condition peut être acceptable ou même avantageuse pendant un temps limité.Cependant, si le patient reste ainsi pendant de longues périodes, la pression exercée à la surface du corps peut devenir irrégu lière étant donné les petits déplacements du patient et les déplacements des perles. Le patient subit alors une douleur ou une interruption localisée de la circulation sanguine, et la condition de pression superficielle uniforme ne peut pas être maintenue. Le lit fluidisé est destiné à maintenir la pression appliquée par les perles à la surface du corps, à une valeur aussi faible que possible, de la môme manière qu'un lit mou, et est aussi destiné à maintenir la pression à une valeur pratiquement uniforme. Dans les lits connus cependant, le lit ne peut pas passer de l'état d'un lit mou à un lit rigide lorsque le patient se rétablit ou dans un certain type de traitements médicaux, et le lit ne peut pas satisfaire aux demandes de meilleur confort, présentées par le patient de temps en temps. L'invention concerne un dispositif de commande du fonctionnement d'un lit fluidisé destiné à réduire la pression superficielle exercée sur le corps du patient, sans irrégularité locale, le patient devant être maintenu au repos ou en position fixe pendant une longue période. A cet effet, le dispositif de commande du lit fluidisé de particules soumises à un mouvement de circulation par de l'air transmis sous pression est assuré à l'aide d'un dispositif d'alimentation intermittente en air comprimé commandé par un ordre intermittent afin que de l'air comprimé soit transmis au lit par intermittence et provoque ainsi un déplacement intermittent du lit qui supporte le corps d'un patient qui flotte sur le lit sans être fixé par rapport à celui-ci si bien que les augmentations localisées de pression à la surface du corps humain sont réduites ou supprimées et la pression superficielle exercée sur le patient garde une faible valeur uniforme, pendant que le patient est traité dans des conditions fixes. L'invention concerne aussi un dispositif de commande destiné à faire varier la rigidité d'un lit fluide de perles afin que les problèmes précités soient résolus. Selon l'invention, la pression exercée à la surface du corps humain ou la rigidité du lit de perles est modifiée par variation de la pression de l'air dans une chambre fermée afin que la vitesse de circulation de l'air qui diffuse, et'en conséquence la densité équivalente du lit, la profondeur d'enfoncement du corps dans le lit ou la surface de contact entre le lit et le corps, soient modifiées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, les figures 1A et 1B ayant déjà été décrites la figure 2 est un schéma de fonctionnement d'un lit fluidisé selon.l'invention la figure 3 est un schéma d'un circuit de commande selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 est un diagramme des temps illustrant le fonctionnement du circuit de commande de la figure 3 la figure 5 est un schéma électrique d'un circuit de commande selon un autre mode de réalisation de l'invention les figures 6 à 9 sont des vues schématiques de lit fluidisé selon d'autres modes de réalisation de l'invention ; et la figure 10 est un graphique représentant la relation entre la pression régnant dans une chambre fermée et la rigidité d'un lit formé de perles ou de granulés. Les figures 2 à 5 représentent un mode de réalisation avantageux. Les références identiques à celles des figures lA et 1B désignent des éléments identiques ou analogues. La figure 2 représente schématiquement la disposition d'un lit fluidisé selon l'invention. Ce lit de la figure 2 diffère du lit classique représenté sur les figures 1A et 1B par la disposition d'un manocontact 6 dont les contacts de sortie (non représentés) peuvent être ou verts et pennés à une pression prédéterminée afin que la pression d'air soit détectée dans la chambre fermée 2. Le lit fluidisé est associé à un circuit de commande représenté sur la figure 3 afin qu'il fonctionne par intermit- tence. Les contacts de sortie du manocontact 6, repérés par SW4 sur la figure 3, sont fermes lorsque la pression dans la cambre 2 dépasse une valeur prédéterminée. Des relais T1 et T2 à minuterie sont sélectionnés par un commutateur sélecteur SW1 qui détermine des intervalles de temps de la circulation des perles dans le lit fluidisé, les relais T1 et T2 ayant des contacts respectifs T11 et T21. Un circuit T3 à minuterie est destiné à régler le temps de circulation et comporte un transistor Q1 de commande d'un relais X 1 de compresseur qui commande le fonctionnement et l'arrêt du moteur la du compresseur, une résistance R3 incorpore à un circuit déterminant une constante de temps, des condensateurs Cl, C2 et d'autres résistances R1, R2 et R7 destinés à déterminer des constantes du circuit, et des diodes de Zener 2D1 et ZD2. Un commutateur SW3 de commutation du fonctionnement est fermé lors d'un fonctionnement continu et ouvert lors d'un fonctionnement intermit- tent.Un relais X2 de pression, destiné à détecter la manoeuvre des contacts SW4, comporte des contacts X21. Un commutateur SW2 relie sélectivement les condensateurs Cl et C2 afin que les temps fixés par la minuterie T3 soient modifiés. On décrit maintenant le fonctionnement du circuit de commande de la figure 3 en référence au diagramme e des temps représente sur la figure 4. Dans la description qui suit, on considère les formes d'onde indiquées en traits pleins sur la figure 4. Au cours d'une cpration dans laquelle un patient doit rester fixe sur le lit 5, le commutateur SW3 est ouvert afin qu'un ordre de fonctionnement intermittent soit formé. On suppose maintenant que le commutateur sélecteur SW1 et le commutateur SW2 de commutation, destinés à modifier les temps réglés par la minuterie T3, sont dans les positions représentées. @squ'une alimentation de commande en courant c@rtir@ D@@4V est mise en circuit, le relais T1 de minutage est alimenté et commence à fonctionner grâce aux contacts a-s X21 du relais de pression. Après l'écoulement d'un temps t, déterminé par le relais T1, les contacts T11 sont ferres @erme d'onde D@ Un courant de base circule alors dans les contacts T11, la résistance R2, la diode ZD2 et la résistance R3 jusqu'à la base du transistor Q1 du circuit T3 de minutage, ce transistor conduisant alors et assurant la menoeuvre du-relais Xl du compresseur. es contacts Xli du relais Xl sont fermés afin qu'une tension alternative de 100 V parvienne au moteur la du ompresseur et provoque le début de la rotation de celui-ci. lorsque le moteur la tourne, de l'air comprimé est transmis par le compresseur 1 à la chambre fermée 2 du lit et la pression P dans la chambre 2 augment progressivement. Lorsque cette pression P a atteint une valeur de consigne PT pour lacuelle le mouvement de circulation des perles ou granulés commence (forme d'onde F), les contacts SW4 du manocontact 6 se ferment et les perles du lit 5 commencent à circuler. A la suite de la fermeture des contacts SW4, le relais X2 est commandé et ouvre ses contacts b X21 afin que le relais T1 ne soit plus alimenté. Les contacts T11 sont alors ouverts et interrompent le courant de base destiné au transistor Q1. Cependant, comme le courant de base est transmis de façon continue au condensateur Cl par l'intermédiaire de diode ZD2 et de la résistance R3 pendant un temps qui dépend de la valeur de la résistance R3, de la capacité du condensateur C1 et de la tension de Zener de la diode ZD2, le transistor Q1 ne passe pas immédiatement à l'état non conducteur.Après l'écoulement d'un temps de consigne t1 déterminé par la minuterie T3 et qui dépend de la constante de temps fixée par la résistance R3 et le condensateur Cl, le transistor 01 passe à l'état non conducteur et interrompt le fonctionnement du relais X1 du compresseur. Les contacts X11 du relais X1 sont ouverts et le courant transmis au moteur la est interrompu. La vitesse de rotation du moteur la est alors réduite progressivement afin que le débit d'air transmis par le compresseur 1 diminue. La pression P dans la chambre fermée 2 s'abaisse aussi progressivement jusqu'à une valeur inférieure à la valeur de consigne de -pression PT, et le mou vement de circulation des'perles du lit 5 s'interrompt.La réduction de la pression P provoque l'ouverture des contacts SW4 du manocontact 6 si bien que le relais X2 n'est plus alimenté. Les contacts X21 sont fermés afin que le relais T1 soit à nouveau alimenté. Le cycle précédent se répète. L'air sous pression transmis au lit 5 est maintenu prati'quement pendant l'intervalle de temps t1 fixé par le relais T1 et le lit 5 est soumis à un mouvement intermittent de circulation pendant la courte période fixée par la minuterie T3. Le temps pendant lequel le lit 5 subit en fait un mouvement de circulation est égal au temps t1 (formes d'onde F et G) pendant lequel la pression P de l'air sous pression dans la chambre 2 dépasse la pression de consigne PT qui provoque le début de la circulation des perles. Cependant, comme le temps de circulation des perles est déterminé en pratique uniquement par le temps t1 fixé par la minuterie T3, le td peut être considéré comme le temps de circulation des perles. Un temps t peut être considéré comme égal au temps t1 puisque le temps t2 est bien inférieur au temps t Le mouvement intermittent de circulation du lit fluidisé est avantageux pour les raisons suivantes. Comme le lit 5 ne suit pas une circulation et comme le patient est fixé dans le lit 5, il peut se déplacer en faisant varier la répartition des pressions à la surface de son corps si bien que la pression peut augmenter localement à la surface du corps. Cependant, pendant la circulation du lit, le corps est supporté par le lit si bien que la pression exercée à la surface du corps redevient uniforme et toute pression localisée indésirable est supprimée à la surface du corps. Le temps t1 déterminé par le relais Ti détermine un intervalle de début de circulation des perles (plus exactement un intervalle pendant lequel la circulation des perles est interrrompue), et ce temps est réglée dans une plage allant de quelques minutes à quelques pleures, suivant l'état du patient. Le temps td déterminé par la minuterie T3 pour la fixation de l'intervalle pendant lequel les perles sont soumises à la circulation, est choisi à une valeur très faible, telle que quelques secondes. Ainsi, pendant l'opération caractérisée par une circulation intermittente des perles, le patient est maintenu en position fixe dans le lit qui est maintenu pratiquement au repos. Bien que le patient puisse se déplacer librement lorsque les perles sont soumises à une circulation, l'intervalle de temps pendant lequel.la circulation des perles est assurée est bref si bien que le patient ne peut pas se déplacer pendant un temps si court. Le temps tç pendant lequel les perles sont maintenues au repos peut varier par commutation assurée entre les relais T1 et T2 sous la commande du commutateur SW1. Le temps tf pendant lequel les perles sont soumises à la circulation peut être modifié par commutation entre les condensateurs C1 et C2 sous la commande du commutateur SW2, incorporé au circuit T3 de minutage. On a décrit un mode de fonctionnement dans lequel les perles subissent une circulation intermittente comme çant lorsque le commutateur SW3 est ouvert. Lorsque le patient doit être placé sur le lit en position convenable avant la mise en route du lit, il est préférable que le lit 5 soit mis en état de circulation et le commutateur SW3 est alors fermé afin qu'il commande une circulation continue avant le mode de circulation intermittente. Sur la figure 4, le mode de circulation de continue est indiqué en traits interrompus.Lorsque le commutateur SW3 est fermé au temps -(a), la base du transistor Q1 reçoit un courant de base qui l'alimente quel que soit l'écoulement du temps fixé par la minuterie T1 et le réarmement de la minuterie T1 à la suite de la fermeture des contacts SW4 du manocontact. Le relais X1 continue alors à ôtre alimenté afin qu'il assure en continu l'alimentation du moteur la du compresseur. La pression P détectée dans la chambre 2 est accrue de façon continue jusqu'à une pression maximale PM. A cette pression PM, les perles du lit 5 ont une densité équivalente de 1,3 environ, et le patient repose en partie dans les perles 5 comme représenté sur la figure 1B. Le patient est alors mis en position convenable, et le commutateur SW3 est ouvert. Lorsque celui-ci est ouvert au temps b, le relais X1 du compresseur cesse d'être alimenté après leécoule- ment d'un temps td fixé par la minuterie T3, et le moteur la du compresseur est arrêté afin que le compresseur ralentisse. La pression détectée commence aussi à tomber et, lorsqu'elle devient inférieure à la pression PT de déclenchement de la circulation au temps c, les contacts SW4 du manocontact sont ouverts afin qu'ils relancent le fonctionnement de la minuterie T1. Le lit passe alors en mode intermittent. Bien que, dans la description qui précède, on ait indiqué que le début de la circulation du lit 5 était détecté d'après la pression régnant dans la chambre 2, cette circulation peut aussi être détectée par détermination de la vitesse de circulation de l'air A2 qui diffuse ou par détection directe de la circulation du lit 5. La figure 5 représente un circuit de commande selon un autre mode de réalisation de l'invention. Il diffère de celui de la figure 3, car les contacts X12 de maintien automatique du relais X1 sont montés en parallèle avec les contacts T11 et T21 de minuterie, la ligne L2 d'alimentation de ces contacts partant du côté de la charge du contact X21, une résistance R5 et une diode D1 étant ajoutées. Lorsque le commutateur SW3 est fermé, même un faible temps avant fermeture des contacts T11 ou T21 de minutage, pendant le temps d'arrêt du lit T5, un courant de base du transistor Q1 est transmis directement par l'alimentation DC24V par l'intermédiaire des transistors R5 et R3 afin que relais X1 du compresseur soit alimenté. Les contacts X11 et X12 sont alors fermés. En conséquence, même après ouverture du commutateur SW3, le courant de base est transmis constamment par les contacts X21 du relais du manocontact et les contacts X12 à maintien automatique, le relais X1 du compresseur restant ainsi fermé. Ensuite, le condensateur C1 ou C2 se charge à travers la résistance R2 et la diode Dl, et la pression dans la chambre fermée 2 augmente lors de la rotation du moteur la du compresseur. Lorsque la pression dans la chambre fermée 2 atteint la pression PT de début de circulation des perles, les contacts SW4 du manocontact sont fermés afin que le relais X21 soit alimenté, et les contacts X21 du relais sont alors ouverts afin que la ligne L2 d'alimentation ne soit plus raccordée aux contacts X12. Après l'écoulement d'un temps td fixé par le circuit T3 de minutage, du fait de la décharge du condensateur C1 ou C2, le relais Xl est ouvert afin qu'il permette le passage au temps de repos ts, comme dans le cas du fonctionnement du circuit de la figure 3. Dans le circuit de la figure 5, la circulation des perles pendant une courte période peut être réalisée à tout moment voulu par une opération simple de commande indépendamment de la minuterie T1 ou T2, c'est-à-dire à la place d'un fonctionnement synchronisé pendant le temps prescrit de repos ts. Si l'opération précitée devait être exécutée par le circuit de la figure 3, le commutateur SW3 devrait être enfoncé constamment (contacts fermés) et devrait être relâché (ouverts) en même temps que les contacts SW4 du manocontact se ferment. Lorsque le commutateur SW3 n'est pas enfoncé ou enfoncé de façon continue, le mode de fonctionnement avec circulation ou le mode continu est exécuté comme dans le cas du circuit de la figure 3. La diode D1 est destinée à empêcher la décharge du condensateur C1 ou C2 par passage en dérivation par rapport à la diode de zener ZD2, par l'intermédiaire du circuit série comprenant les résistances R2 et R5 et rejoignant la base du transistor Q1, pendant le temps td fixé par la minuterie. L'invention permet donc une alimentation intermettente en air comprimé, comme indiqué précédemment, à la suite d'une commande intermittente de transmission d'air comprime par intermittence à un lit de perles afin que celui-ci soit mis en mode avec circulation intermittente pendant de courtes périodes, à des intervalles prédéterminés. Lorsqu'un patient repose sur le lit et lorsque la répartition des pressions à la surface du corps du patient varie du fait du déplacement du corps, si bien que la pression superficielle exercée sur le corps augmente localement, dans une partie localisée du corps, la circulation périodique des perles pendant de courtes périodes rende uniforme cette répartition de pressions à la surface du corps du patient. Ainsi, le patient peut etre fixé d'une manière stable sur le lit à une.pression uniforme et faible exercée à la surface de son corps à tout moment. Le lit fluidisé peut être utilisé comme dispositif de fixation du corps équivalent à un moule de plâtre utilisé pour la fixation d'un corps, et il a beaucoup d'applications dans le domaine médical. On considère maintenant d'autres modes de réalisation de l'invention, en référence aux figures 6 à 10. Dans l'appareil de la figure 6, la pression P de l'air comprimé Al de la chambre 2 est réglée par variation de l'ouverture d'une soupape 11 d'étranglement placée à une lumière lb d'entrée d'air d'un compresseur 1 de type annulaire afin que le débit d'air varie. Le dispositif de commande représenté surla figure 6 comporte un capteur 12 de pression P, un circuit 13 de réglage de pression, un ensemble 14 de régulation et de commande de pression, un organe 15 de manoeuvre destiné à commander l'ouverture de la soupape 11 d'étranglement, un indicateur 16 de la pression P, et un transducteur 17 destiné à amplifier un signal e. de détection de pression provenant du capteur 12 et à le transformer, ce signal transformé parvenant à l'indicateur 16 de pression. L'ensemble 14 de régulation compare le signal ei de détection de pression du capteur 12 à un signal es de consigne provenant du circuit 13 de réglage de pression. L'ensemble 14 de régulation traite alors la différence entre les signaux comparés et transforme le signal correspondant en un signal qui est amplifié avant commande de l'organe 15- de manoeuvre. L'ouverture de la soupape 11 est ainsi modifiée afin que le débit d'air ambiant AO aspiré par le compresseur 1 soit modifié, la pression P dans la chambre fermée 2 étant alors rendue égale à la pression fixée par le circuit 13 de consigne à tout moment. La figure 10 représente la relation entre le diamètre d'ouverture de la soupape ll d'étranglement et la densité équivalente du lit 5. Lorsque l'ouverture diminue, le débit d'air aspiré et en conséquence la pression P dans la chambre fermée 2 diminue, et la vitesse de circulation de l'air A2 qui diffuse à travers la plaque 3 diminue aussi. Les perles ou granulés subissent alors une plus faible circulation et le lit 5 a une densité équivalente plus grande. Le réglage de l'ouverture de la soupape 11 et en conséquence de la pression P dans la chambre fermée 2 permet une variation de la rigidité ou densité équivalente du lit 5. La figure 7 représente une disposition dans laquelle la pression P dans la chambre fermée 2 est réglée par variation de la vitesse de rotation du compresseur 1. La vitesse de rotation du moteur la du compresseur 1 est réglée par un dispositif 21. Un régulateur 14A de compression compare le signal e. de détection de pression au signal e5 de consigne de pression, effectue une régulation d'après le signal différence, et transmet le signal de sortie au dispositif 21 de réglage de vitesse sous forme d'un signal eO de réglage de vitesse. La pression P est réglée afin qu'elle soit égale à la valeur de consigne fixée par le circuit 13 à l'aide de ce réglage de vitesse du moteur la du compresseur. Bien que les circuits précédents assurent un réglage en boucle fermée, un réglage en boucle ouverte peut aussi être utilisé car la pression P en fait avoir une précision relativement réduite. Les figures 8 et 9 représentent des arrangements permettant un réglage manuel en boucle ouverte. Sur la figure 8, l'ouverture de la soupape 11a d'étranglement est réglée par un circuit manuel 15A de détermination de pression. L'indicateur 16 de pression peut être supprimé, le circuit manuel de réglage de pression étant directement gradué 9n valeurs de la pression P. Sur la figure 9, la valeur du signal e0 de réglage de vitesse provenant de la commande 21 est réglée par un circuit manuel 22. L'indicateur 16 de pression peut aussi être supprimé, le circuit 22 de réglage de vitesse étant alors directement gradué en valeurs de la pression P. Ainsi, l'invention concerne un lit de perles qui circulent donnant un degré de rigidité souhaité par le médecin ou le patient, avec modification au moment opportun afin que les traitements médicaux aient les meilleurs effets. Le lit fluidisé peut être utilisé non seulement dans des traitement médicaux mais aussi pour les personnes âgées ou comme dispositif d'entretien de la santé. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande d'un lit fluidisé (5) de particules pour applications médicales, les particules étant soumises à une circulation par de l'air sous pression, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend une alimentation intermittente en air comprimé, assurée par un ordre de fonctionnement intermittent assurant la transmission par intermittence d air comprimé au lit (5) qui est mis par intermittence à l'état fluide. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation par intermittence en air comprimé comprend une première minuterie (T1) destinée à commander le début de la transmission d'air sous pression à des intervalles prédéterminés de temps, et une seconde minuterie (X1) destinée à interrompre l'alimentation en air sous pression un temps prédéterminé après le début de l'alimentation. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde minuterie est destinée à déclencher une opération de décomptage à partir du moment où l'air sous pression a atteint une pression prédéterminée.