Brevet FR2554706A1 — publié le 19850517

L'invention est relative à un dispositif commandé d'occlusion rapide. Elle trouvera notamment son application dans le domaine médical, en particulier pour évaluer la sensibilité des centres respiratoires d'un patient au moyen de la technique dite de la "pression d'occlusion" et également pour effectuer des tests de mécanique pulmonaire nécessitant des interruptions répétées des débits ventilés. Pendant longtemps, l'évaluation de la sensibilité de l'ensemble neurologique complexe constitué par les centres respiratoires a été abordée par l'étude de la réponse ventilatoire globale à des stimulations diverses. Les stimulis employés étaient soit chimiques (modification de la PC02 ou de la P02), soit mécaniques (adjonction de résistances au-delà de l'espace buccal). Mais ces modes d'évaluation, valables chez le sujet normal, sont discutables chez les malades, dont la réponse ventilatoire globale est fortement conditionnée par les propriétés de tout le système mécanique neuro-musculaire et inerte que constitue l'appareil respiratoire :les tests effectués dans ces conditions ne sont pas spécifiques des centres respiratoires. Par contre, les recherches effectuées par différents auteurs chez l'animal et chez l'homme semblent montrer que sous certaines conditions, la variation de pression mesurée à la bouche pendant les cent à trois cents millisecondes qui suivent l'occlusion subite des voies aériennes, traduit l'intensité neurogène efférente des centres respiratoires et est indépendante de facteurs neuro-mécaniques qui pourraient être associés à des affections thoraciques diverses. Pour les cliniciens, la mesure de la pression d'occlusion semble être, à l'heure actuelle, le test le plus spécifique de la sensibilité des centres respiratoires. Pour que des mesures convenables de cette pression puissent être effectuées, les occlusions doivent être produites au moyen d'une valve obturatrice très silencieuse, la manoeuvre devant être faite à l'insu du sujet. Par ailleurs, cette valve devra, en dehors des phases d'occlusion, offrir une résistance faible et constante à la respiration, être étanche et suffisamment rigide, et posséder un volume interne faible (les signaux de pression ne doivent pas être amortis). Malheureusement, les dispositifs existant actuellement souffrent de différents inconvénients qui nuisent à la qualité des résultats obtenus Dans celui décrit par WHITELAW, ltocclusion est réalisée au moyen de robinets ; le volume des circuits mis en jeu est important, et l'on peut s'interroger sur les conséquences de leur effet tampon sur les pressions mesurées. Un autre appareil existant est celui décrit par CAMPORESI qui utilise, pour assurer l'occlusion des circuits, un électro-aimant. L'inconvénient de ce dernier appareil est l'inertie attachée à un clapet magnétique dont le fonctionnement, non silencieux, reste tributaire de la position. On peut citer également le dispositif décrit par GUENARD, dont la réalisation nécessite un usinage soigné, et dans lequel les volets mobiles utilisés déplacent un volume d'air non négligeable. En résumé, les dispositifs utilisés jusqu'à l'heure actuelle sont assortis d'une ou plusieurs imperfections que la présente invention a pour but d'éliminer ou d'atténuer : le dispositif de la présente invention décrit par la suite s'avère être de réalisation simple et son fonctionnement, non tributaire d'une position, garantit des commutations et/ou des interruptions rapides et silencieuses de flux sans mettre en mouvement d'importants volumes d'organes ou de fluides et sans induire de variation sensible du volume interne pouvant perturber les mesures de pressions et de débits. Il présente un volume mort et une résistance à l'écoulement faible, conditions qu'il convient de réunir si l'on veut éviter de perturber la respiration naturelle du patient en dehors des phases d'occlusions. Durant ces dernières, le dispositif est parfaitement étanche. A ce sujet, les résultats d'expériences réalisées sont joints à la description et confirment les prévisions. D'autres avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif et qui n a pas pour but de la limiter. Le dispositif commandé d'occlusion rapide, notamment destiné à évaluer la sensibilité des centres respiratoires, comprend un corps relié à l'appareil respiratoire du patient par l'intermédiaire d'un raccord buccal doté d'une prise de pression est caractérisé par le fait que ledit corps comprend un raccord inspiratoire débouchant dans ledit corps par l'intermédiaire d'un clapet, ainsi qu'un raccord expiratoire débouchant dans ledit corps par l'intermédiaire d'un second clapet, ledit dispositif étant en outre muni d'un moyen d'occlusion de l'un et/ou de l'autre clapet. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la description ci-dessous ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 illustre, en coupe, une vue éclatée des différents éléments composant le dispositif commandé d'occlusion rapide selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention. La figure 2 illustre l'appareil de test du dispositif de la présente invention. La figure 3 montre le diagramme comparatif des résultats du test réalisé avec l'appareil de la figure 2. La figure 4 illustre le dispositif de la présente invention adapté au cas où une stimulation hypercapnique/hypoxique est superposée aux occlusions. La figure 5 représente un second mode de réalisation de la présente invention. La figure 6 illustre le comportement des chaînes de mesures de débits et de pressions utilisées, lorsqu'on interrompt un flux gazeux stationnaire (débit constant) au moyen du dispositif décrit à la figure 5. La figure 7 illustre les signaux obtenus lors d'interruptions répétées d'un flux sinusoldal généré par une pompe BTPS à travers une perte de charge constituée par un tuyau. Le# dispositif commandé d'occlusion rapide de la présente invention est notamment destiné à évaluer la sensibilité neurogène efférente des centres respiratoires. Il a été montré que la pression buccale mesurée pendant les trois cents premières millisecondes suivant une occlusion inspiratoire traduit la force engendrée par la contraction isométrique des muscles inspiratoires. La présente invention vise à présenter un dispositif à même de provoquer des occlusions dans un circuit raccordé à l'appareil respiratoire d'un patient, et permettant de mesurer très rapidement la pression statique régnant postérieurement à l'occlusion. Il a toutefois été montré que, sous peine de fausser les résultats des mesures, il était indispensable de réaliser silencieusement les occlusions pour ne pas influencer le patient. En outre, une faible résistance à l'écoulement est obligatoire et un volume mort réduit variant très faiblement en cours de fonctionnement est nécessaire pour garantir l'exactitude des résultats. Le mode préférentiel de réalisation du dispositif commandé d'occlusion représenté à la figure 1 comprend un corps 1 relié à l'appareil respiratoire du patient (non illustré) par l'intermédiaire d'un raccord buccal 2 doté d'uneprise de pression 3 reliée à un appareil de mesure de la pression. Le corps 1 comprend, en outre, un raccord inspiratoire 4 débouchant dans le volume intérieur du corps 1 par l'intermédiaire d'un clapet 5. Le corps f est, en outre, relié à un raccord expiratoire 6 communiquant avec le volume intérieur du corps I par l'intermédiaire d'un clapet 7. Le raccordement de toutes les pièces est réalisé de manière étanche afin d'éviter toute fuite. Selon l'invention, le dispositif commandé d'occlusion est, en outre, muni d'un moyen d'occlusion de l'un et/ou de l'autre clapet. Les moyens d'occlusion permettent d'empêcher le fonctionnement de l'un et/ou de l'autre clapet, provoquant une cessation brusque de l'écoulement du flux respiratoire, ainsi qu'une variation de la pression instantanée mesurable au niveau de la prise de pression 3. Selon un premier mode de réalisation des moyens d'occlusion, ceux-ci se présentent sous la forme d'un disque 8 commandé susceptible de venir en appui sur le diaphragme 9 du clapet 5 et l'immobiliser ainsi en position fermée. L'exemple choisi précédemment s'applique à la partie inspiratoire du dispositif, il est toutefois évident que le meme montage peut s'appliquer à la partie expiratoire. Le disque 8 articulé vient s'appuyer notamment sur la périphérie du diaphragme 9 et l'applique ainsi sur son siège afin de garantir l'étanchéité du montage. L' exemple choisi s'applique à un clapet 5 à diaphragme 9, c' est-à- dire qu'il s'agit d'un dispositif à sens unique dans le cas de l'expira- tion, soit lorsque la pression intérieure du corps 1 est supérieure à la pression atmosphérique, le diaphragme 9 reste appliqué sur son siège, par contre le diaphragme 10 du clapet 7 s'ouvre de fanon à laisser échapper le souffle du patient. Par contre, lors de l'inspiration, c'est-à-dire lorsque la pression intérieure au corps 1 est inférieure à la pression atmosphérique, le diaphragme 10 du clapet 7 est plaqué sur son siège alors que le diaphagme 9 du clapet 5 s'ouvre de façon à permettre au patient de respirer. Selon un autre mode de conception de la présente invention, il est possible d'imaginer que les clapets 5 et/ou 7 soient démunis de diaphragmes et, par contre, munis d'un siège souple. De la sorte, le disque 8 commandé vient directement s'appuyer sur le siège du clapet et fait luimême obstruction au passage de l'écoulement d'air. La commande du disque d'occlusion 8 est assurée au moyen d'un fil de manoeuvre 11 semi-rigide qui peut se présenter sous la forme d'une ai guille ou d'un câble. Il est souhaitable d'utiliser un fil semi-rigide, d'une part, pour que le fil soit susceptible d'assurer la transmission d'un certain effort de poussée sur le disque 8 pour assurer la fermeture du clapet 5 et, d'autre part, il est nécessaire de permettre une certaine orientation du disque 8 de façon à ce que celui-ci puisse s'articuler et venir s'appliquer sur toute la périphérie du clapet, ceci en dépit des défauts de positionnement mécaniques. Le fil de manoeuvre 1#1 pourra, par exemple, coulisser dans un mandrin 12, analogue à une gaine et traverser un bouchon 13 solidaire du corps 1 du dispositif. De sorte à ce que la manoeuvre du disque d'occlusion ne modifie que faiblement le volume interne du corps 1, le diamètre du fil 11 utilisé pour la commande sera faible,de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres. Dans le cas général, le disque d'occlusion 8 pourra etre commandé manuellement ou de façon automatique, par des moyens mécaniques, électromécaniques, pneumatiques ou autres. Dans l'exemple choisi, la manoeuvre du disque 8 est opérée par l'intermédiaire d'un bouton-poussoir 14 solidaire du fil 11 et d'une douille 15 solidaire du mandrin 12. Le bouton-poussoir 14 peut coulisser dans la douille et est repoussé par un dispositif à ressort 16. De la sorte, en manoeuvrant le bouton-poussoir 14 dans la douille 15, l'opérateur manoeuvre le fonctionnement du dispositif d'occlusion, c'est-à-dire du disque 8. Le raccord expiratoire 6 présentera avantageusement des ouvertures latérales 17 qui permettront ainsi à l'air évacué par le patient de s'échapper. D'une façon analogue au dispositif inspiratoire, un mécanisme d'obturation du clapet 7 pourra etre monté sur la partie expiratoire 6 et un disque 19 d'appui sur le clapet 7 pourra etre manoeuvré par un fil (non représenté) actionné de façon similaire à celle exposée précédemment. On pourra noter que toutes les pièces utilisées pour la construction du dispositif commandé d'occlusion rapide de la présente invention pourront être réalisées dans des matériaux synthétiques qui assureront un fonctionnement silencieux du dispositif et qui pourront, en outre, facilement être stérilises. Les essais du dispositif précédent ont été réalisés au moyen d'une pompe sinusoidale BTPS représentés à la figure 2 pour des fréquences de neuf - douze - dix-huit - vingt quatre et trente six cycles à la minute, des cylindres de 1 - 0,5 et 0,25 litre, le volume d'air contenu dans la cuve de la pompe en début d'inspiration étant compris entre un et quatre litres. Les mesures de pressions ont été effectuées au moyen d'un électromanomètre connecté à un enregistreur analogique rapide et précis. Les occlusions ont été effectuées au moyen du dispositif décrit précédemment, pendant les phases inspiratoires de la pompe sinusoïdale. La dépression obtenue après deux cents millisecondes d'inspiration a été notée pour diverses cylindrées et fréquences et comparée à la dépression régnant théoriquement dans la cuve dans l'hypothèse simplifiée d'une transformation isotherme, soit avec - P(t) : pression régnant dans le système - PB : pression barométrique - Vo : Volume de l'enceinte au début de l'inspiration - C : cylindrée de la pompe - T : Période de la pompe sinusoïdale (min) La figure 3 montre que dans le domaine correspondant aux ventilations de repos, les pressions mesurées sur le dispositif expérimental coïncident pratiquement avec les pressions théoriques calculées. Le dispositif d'occlusion semble donc convenir à l'étude des pressions d'occlusion chez des patients respirant spontanément au repos. Il est en particulier suffisamment rigide et étanche. La figure 4 illustre un dispositif permettant la mesure de la pression d'occlusion et de la ventilation minute en présence d'une stimulation hypercapnique/hypoxique engendrée par la respiration encircuit fermé. Le dispositif d'occlusion présente un raccord d'expiration 6 relié à un ballon souple 21 lui-meme relié au raccord inspiratoire 4 par l'interne médiaire d'une conduite rigide 22. Le ballon souple 21 est placé dans une boite étanche 23. La boîte 23 débouche sur un embout de mesure pneumotachographique 24 dont le fonctionnement est optimisé au moyen des tubes 25 et 26, la forme du tube 25 évitant tout risque d'obstruction par le ballon. Pour certaines applications médicales, il est souhaitable que le dispositif de l'invention permette de réaliser des interruptions brèves et fréquentes des débits ventilés. Plusieurs méthodes d'investigation, largement décrites dans la littérature, utilisent des interruptions du courant aérien pour mettre en évidence les propriétés mécaniques de l'appareil respiratoire. En particulier, celle caractérisée par des interruptions brèves et fréquentes permet d'évaluer approximativement les résistances dynamiques totales qui s'opposent à la respiration : résistance des voies respiratoires àltécoulement et résistance des tissus avec mouvement. La figure 5 représente un mode de réalisation de la présente invention, tout particulièrement adapté au- test de mécanique pulmonaire. On retrouve dans cette réalisation les principaux éléments constituant le dispositif, à savoir le raccord buccal 2, la prise de pression 3, le corps 1, un disque 8. A ce sujet, il faut noter que l'occlusion est réalisée selon le deuxième mode décrit précédemment, c'est-à-dire que le clapet est démuni de diaphragme mais, par contre, est équipé d'un siège souple 27 sur lequel vient s'appuyer directement le disque 8 pour assurer l'étanchéité. Dans le cas présent, le fil de manoeuvre 11 du disque 8 est actionné par l'intermédiaire d'un électro-aimant 28, par exemple du type à noyau plongeur muni d'un ressort de rappel. L'électro-aimant est commandé au moyen d'un asservissement logique permettant de fixer à volonté la durée et la fréquence de récurrence des occlusions. Cette logique peut être utilisée de manière autonome ou être déclenchée à partir de signaux issus d'autres dispositifs, tels qu'appareils de mesures, moyens informatiques ou autres. L'acheminement du flux gazeux vers le raccord buccal 2 peut être assuré au moyen d'un raccord unique bidirectionnel 29 ou également il peut être mis en place des clapets unidirectionnels 30 et 31 situés de part et d'autre du corps 1, de façon à acheminer le flux inspiratoire et respiratoire vers des conduits distincts. Des essais ont été menés avec le dispositif décrit et les performances de cet appareil sont les suivantes. La fermeture du clapet est obtenue en huit millisecondes environ, se décomposant comme suit - 4 millisecondes de temps mort (retard pur) - 4 millisecondes de temps de fermeture proprement dit. La figure 6 illustre le comportement des chaînes de mesures de dé bits et de pressions utilisées lorsqu'on interrompt un flux gazeux stationnaire (débit constant) au moyen du dispositif décrit. La figure 7 illustre les signaux obtenus lors d'interruptions répétées d'un flux sinusoïdal engendré par la pompe BTPS à travers une perte de charge constituée par un tuyau. Les enveloppes des courbes représentatives des pressions et des débits ont des allures sinusoïdales, et le coefficient de similitude liant ces profils caractérise globalement la résistance opposée par le tuyau à l'écoulement gazeux. La résistance mesurée ainsi englobe également celle qu'opposent les clapets. La minimisation de cette dernière pourra être obtenue notamment par la réalisation à une échelle convenable du dispositif décrit. D'une façon générale, la présente invention pourra s'appliquer à toute utilisation qui nécessite une interruption rapide d'un écoulement de fluide. Le mode de réalisation décrit précédemment n'est donné qu'à titre indicatif et d'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, pourraient être adoptées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. Revendications 1. Dispositif commandé d'occlusion rapide, notamment destiné à évaluer la sensibilité des centres respiratoires qui comprend un corps (1) relié à l'appareil respiratoire du patient par l'intermédiaire d'un raccord buccal (2) doté d'une prise de pression (3), caractérisé par le fait que ledit corps (1) comprend un raccord inspiratoire (4) débouchant dans le volume interne du corps (1) par l'intermédiaire d'un clapet (5), ainsi qu'un raccord respiratoire (6) débouchant dans le volume interne du corps ~,) par l'intermédiaire d'un second clapet (7), ledit dispositif étant en outre muni d'un moyen d'occlusion de l'un et/ou de l'autre clapet (5) et (7). 2. Dispositif commandé d'occlusion rapide selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'occlusion se présentent sous la forme d'un disque (8) commandé, susceptible de venir en appui sur le diaphragme (9) du clapet (5) et l'immobiliser ainsi en position fermée. 3. Dispositif commandé d'occlusion rapide selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le clapet (5) est lui-même formé par un disque (8) commandé, susceptible de venir en appui sur un siège souple pour assurer une bonne étanchéité. 4. Dispositif commandé d'occlusion rapide selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le disque (8) est solidaire d'un fil (11) de manoeuvre semi-flexible. 5. Dispositif commandé d'occlusion rapide selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le fil de manoeuvre (11) coulisse dans un mandrin (12) à travers un bouchon (13) solidaire du corps (1) du dispositif. 6. Dispositif commandé d'occlusion rapide selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la manoeuvre du disque (8) est opérée par un bouton-poussoir (1-4) solidaire du fil (11) et d'une douille (15) solidaire du mandrin (12). 7. Dispositif commandé d'occlusion rapide selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le diamètre du fil de manoeuvre (11) est très faible, de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres. 8. Dispositif commandé d'occlusion rapide selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le raccord d'expiration (6) présente des ouvertures latérales (17) débouchant à l'air libre. 9. Dispositif commandé d'occlusion rapide permettant notamment la mesure de la pression d'occlusion et de la ventilation minute en présence d'une stimulation hypercapnique/hypoxique engendrée par la respiration en circuit fermé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le raccord d'expiration (6) est relié à un ballon (21) souple, lui-même relié à un raccord inspiratoire (4), ledit ballon souple (21) étant placé dans une boîte étanche (23). 10. Dispositif commandé d'occlusion rapide de tests de mécanique pulmonaire selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le disque (8) est actionné par l'intermédiaire d'un électro-aimant (28) lui-même asservi par une logique de commande.