Brevet FR2692772A1 — publié le 19931231

SPIROMETRE DEBITMETRIQUE, APTE A MESURER LA CAPACITE RESIDUELLE PULMONAIRE. La présente invention concerne un spiromètre débitmètrique, apte à mesurer la capacité résiduelle pulmonaire. I1 existe, dans le commerce, deux types généraux de spiromètres : - les spiromètres volumètriques, comprenant comme organe essentiel un élément gonflable - les spiromètres débitmètriques, à débit laminaire, c' est-à-dire avec des pertes de charge linéaire et un débit proportionnel à la pression de l'air expulsé. C'est à ce dernier type d'appareils que s'intéresse la présente invention. Les débitmètres spiromètriques de la technique connue présentent, en effet, l'inconvénient de s'encrasser très rapidement, du fait de l'humidité présente dans l'air expiré par le patient. Ils sont, en outre, d'un coût relativement élevé, si l'on exige d'eux une bonne précision de mesure. La présente invention a pour premier but de remédier à ces inconvénients et de proposer un spiromètre débitmètrique qui s' encrasse beaucoup moins que ceux de la technique antérieure et dont la précision de mesure est très satisfaisante pour un coût d'appareillage réduit. L'invention a également pour but de proposer un spiromètre débitmètrique de ce type, qui soit en outre apte à mesurer la capacité résiduelle fonctionnelle des poumons, ctest-à-dire la quantité d'air qui demeure dans les poumons d'un patient, lorsque celui-ci a fini d'expirer aussi complètement que possible. A cet effet, l'invention a pour objet un spiromètre débitmètrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une tuyère dont une première extrémité est connectée à un embout buccal, destiné à l'aspiration et à l'expiration de l'air par le patient, tandis que sa seconde extrémité communique avec 11 atmosphère ambiante ou avec un moyen d'alimentation en air, des moyens étant prévus pour mesurer la différence de pression entre la dite seconde extrémité et le col de la tuyère et pour convertir la différence de pression ainsi mesurée en débit d'air aspiré ou expiré. Les moyens de mesure de la différence de pression entre l'entrée et le col de la tuyère comprendront un ou plusieurs transducteurs de pression différentielle aptes à couvrir la plage de débits correspondant à l'utilisation de la tuyère. La différence de pression mesurée est proportionnelle au carré du débit d'air et des moyens de calcul judicieusement programmés convertiront de façon connue en débit la différence de pression enregistrée. Avantageusement, le spiromètre comprendra une seconde tuyère, par laquelle sera évacué l'air expiré, chacune des deux tuyères étant connectée au même embout buccal et équipée, d'une part, d'une soupape s'ouvrant respectivement à l'aspiration et à l'expiration et, d'autre autre part, de moyens pour mesurer la différence de pression entre l'extrémité de la tuyère non connectée à l'embout buccal et le col de cette tuyère et pour convertir la différence de pression mesurée en débit d'air respectivement aspiré et expiré par le patient. L'avantage d'utiliser des tuyères dans le spiromètre conformé à l'invention réside dans le fait que ces tuyères sont très peu sujettes aux salissures et aux dépôts et que les mesures de pression effectuées n'en sont pratiquement pas affectées. Avantageusement, le spiromètre conforme à l'invention peut être adapté de manière à se prêter simultanément à la mesure de la capacité résiduelle pulmonaire d'un patient, capacité dite "capacité résiduelle fonctionnelle", c'està-dire la quantité d'air qui demeure dans les poumons lorsque l'on a expiré aussi profondément que possible l'air précédemment aspire. Dans ce but, il est connu d'utiliser un gaz neutre tel que l'hélium, mélangé dans une proportion déterminée avec l'air aspiré, et de déterminer à partir de quel moment la teneur en gaz neutre de l'air expiré est égale à celle de l'air aspiré, ce qui traduit le fait que l'air demeurant dans les poumons contient lui-même la même teneur en gaz neutre que l'air aspiré. A partir du volume total d'air aspiré, avant que la teneur en gaz neutre de l'air expiré soit analogue à celle de l'air aspiré, il est possible et connu de déterminer la capacité fonctionnelle résiduelle des poumons. Or on dispose dans la technique de dispositifs de mesure de débit utilisant un procédé catharomètrique, qui font intervenir la différence de températures entre les extrémités des deux branches d'un pont thermomètrique. Spécifiquement, pour un gaz déterminé, ayant une conductivité thermique constante, le signal produit par un tel dispositif dépend du débit du gaz et il suffit de traiter ensuite d'une façon appropriée le signal obtenu pour déterminer le débit correspondant à ce signal. La Demanderesse a imaginé d'utiliser un tel appareil pour une application inverse de celle pour laquelle il a été conçu. Plus précisément, elle propose d'utiliser la sensibilité d'un tel appareillage à la conductivité thermique du gaz testé, à débit constant de celui-ci, pour déterminer les variations de composition d'un mélange air + gaz inerte et, notamment, air + hélium. Comme il a été indiqué ci-dessus, dans le cas où un tel mélange est aspiré par un patient, l'instant auquel le mélange expiré contient la même proportion de gaz neutre que le mélange aspiré traduit le fait que le volume résiduel fonctionnel contient lui aussi la même quantité relative de gaz neutre et, à partir du volume total du mélange aspiré avant d'arriver à cet équilibre, il est possible de déterminer le volume résiduel fonctionnel. Dans une forme de réalisation préférée de réalisation du spiromètre conforme à l'invention, celui-ci comprendra donc comme décrit ci-dessus deux tuyères connectées à un même embout buccal, la tuyère d'aspiration étant connectée à un moyen d'alimentation à débit volumétrique constant d'un mélange air-gaz inerte ayant une teneur connue et constante en gaz inerte, le dispositif comportant en outre un moyen de mesure du volume cumulé du mélange air-gaz inerte inhalé par le patient dans un temps déterminé, tandis que la tuyère d'expiration, ou l'embout buccal, ou le raccord entre cet embout et les tuyères, est équipé d'un capteur de débit du type catharomètrique. Ce capteur permettra de déterminer 1 instant où le signal qu'il émet reste constant, ce qui signifie que le mélange air-gaz inerte expiré par le patient a une composition constante dans le temps, traduisant que la capacité fonctionnelle résiduelle est saturée en gaz inerte. A partir du volume total inhalé du mélange air-gaz inerte jusqu'à cet instant, il sera possible de déterminer le volume fonctionnel résiduel du patient testé. Des débitmètres de type catharomètrique, utilisés selon l'invention comme analyseur de gaz, sont commercialisés, par exemple, par la Société HONEYWELL, sous les références AWM2100V ou AWM 2201. De préférence, le capteur de débit du type catharomètrique sera connecté à un moyen de calcul apte à convertir le signal qu il émet en une grandeur représentatrice de la teneur en gaz inerte de l'air analysé. Les essais effectués par la Demanderesse ont prouvé que, pour un débit constant prédéterminé d'alimentation en mélange air-gaz inerte de la tuyère d'aspiration, le signal émis par le capteur de débit disposé dans la tuyère d'expiration dépend de la concentration en gaz inerte de ce mélange et qu'il est ainsi possible de suivre aisément les variations de concentration de l'air expiré par le patient. Dans la pratique, la tuyère d'aspiration sera connectée à une source d'un mélange air-hélium (air hélié, généralement à 4 % en volume d'hélium), par exemple à une bouteille d'air-hélié sous pression équipée d'un manodétendeur, apte à ramener l'air hélié à la pression atmosphérique. La source du mélange air-gaz inerte sera équipée d'une électro-vanne de commande de débit, pilotée en fonction des volumes d'air effectivement aspirés par le patient. Une enceinte formant volume tampon sera de préférence interposée entre la source du mélange air-gaz inerte et la tuyère d'aspiration, pour assurer la constance du débit de ce mélange en dépit des variations de débit dues à la respiration. Afin de pouvoir utiliser indifféremment le spiromètre conforme à l'invention pour la mesure du volume respiratoire et de la capacité résiduelle fonctionnelle, le conduit réunissant la tuyère d'aspiration à la source du mélange air-gaz inerte sera équipé, de préférence, d'un raccord en T, équipé d'une vanne permettant de mettre une branche du T en communication avec l'atmosphère. Le capteur de débit du type catharomètrique, utilisé comme analyseur de gaz, conformément à l'invention, sera de préférence disposé dans l'embout buccal ou dans le raccord entre cet embout et les tuyères d'aspiration et d'expiration, afin d'analyser aussi bien l'air aspiré que l'air expiré. Une forme de réalisation de l'invention est représentée schématiquement sur la figure unique du dessin annexé. Le spiromètre représenté comprend un embout buccal 1 connecté à un raccord 2, lui-même connecté à une tuyère d'aspiration 3 et à une tuyère d'expiration 4, analogue à la tuyère 3, mais disposée en position inversée par rapport au raccord 2. Entre le raccord 2 et la tuyère d'aspiration 3 est disposée une soupape 5, ouverte à l'aspiration par l'embout 1 et fermée à l'expiration, tandis qu'entre le raccord 2 et la tuyère 4 est disposée une soupape 6, ouverte à l'expiration et fermée à l'aspiration. L'extrémité amont de la tuyère 3 est connectée par un conduit 7 à une bouteille 8 d'un mélange sous pression d'air et d'hélium, par exemple à 4 % en volume d'hélium. La bouteille 8 est équipée d'un détendeur 9 permettant de ramener le mélange à la pression atmosphérique. Une vanne 10 d'alimentation à débit continu est interposée entre le conduit 7 et la bouteille 8. Une enceinte-tampon 11 est raccordée latéralement au conduit 7 pour assurer la constance du débit d'air hélié malgré les variations de débit dues à la respiration. Le volume de cette enceinte 11 peut être d'une dizaine de litres. Une vanne 12 disposée latéralement par rapport au conduit 7 permet de raccorder celui-ci et la tuyère 7 à l'atmosphère pour l'utilisation de dispositif comme spiromètre débitmètrique. Au moins un capteur de pression différentielle (non représenté) est associé à chacune des tuyères 3 et 4 pour mesurer les différences de pression entre l'extrémité de ces tuyères non raccordée à l'embout 1 et le col de la tuyère. Chaque capteur de pression différentielle est connecté à un moyen de calcul apte à convertir en continu la différence de pression mesurée en débit d'aspiration ou d'expiration. Dans une telle utilisation comme débitmètre, la vanne 12 du spiromètre est mise à l'atmosphère et la vanne 10 d'alimentation en air hélié est fermée. Dans la pratique, deux capteurs de pression différentielle seront associés à chacune des tuyère, afin de couvrir toutes les gammes usuelles de débit d'aspiration ou d'expiration. Le premier, ou capteur haute pression différentielle, permettra, par exemple, de mesurer les débits de 2 l/s à 12 1/s, tandis que le second, ou capteur basse pression différentielle, permettra de mesurer les débits de 0,05 l/s à 2 1/s. En vue de mesurer la capacité fonctionnelle résiduelle d'un patient, un dispositif de mesure de débit du type catharomètrique (non représenté) sera disposé dans le raccord 2. Comme il a été expliqué ci-dessus, ce dispositif sera utilisé comme analyseur de gaz et, dans ce but, la vanne 12 de mise à l'atmosphère sera fermée et la bouteille 8 alimentera en air hélié à débit volumètrique constant, avec l'assistance de l'enceinte 11, la tuyère d'aspiration 3. Le dispositif catharomètrique détectera les variations de concentration en hélium de l'air expiré et, de préférence, de l'air inspiré et il sera de préférence connecté à un moyen de conversion de ses signaux en teneur en hélium de l'air analysé. A partir du moment où l'on n'enregistrera plus variation de la teneur de l'air expiré, on pourra supposer que l'air demeurant présent dans les poumons après expiration présente la même concentration en hélium et, à partir des volumes d'air hélié aspirés pour obtenir ce résultat, il sera possible de déterminer de façon usuelle le volume fonctionnel résiduel. Ce calcul pourra être effectué de façon automatique par des moyens de calcul appropriés. L'invention propose donc un spiromètre, d'une conception simple et d'une utilisation aisée, apte à être utilisé aussi bien comme spiromètre débitmètrique que pour mesurer la capacité fonctionnelle résiduelle d'un patient. REVENDICATIONS Spiromètre débitmétrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une tuyère (3) dont une première extrémité est connectée à un embout buccal (1), destiné à l'aspiration et à l'expiration de l'air par le patient, tandis que sa seconde extrémité communique avec l'atmosphère ambiante ou avec un moyen d'alimentation en air, des moyens étant prévus pour mesurer la différence de pression entre la dite seconde extrémité et le col de la tuyère et pour convertir la différence de pression ainsi mesurée en débit d'air aspiré ou expiré. 2. Spiromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde tuyère (4), également connectée à l'embout buccal (1) et destinée à l'évacuation de l'air expulsé par le patient, cette seconde tuyère (4) étant elle aussi équipée de moyens pour mesurer la différence de pression entre son col et son extrémité non raccordée à l'embout et pour convertir la différence de pression ainsi mesurée en débit d'air expiré, chacune des tuyères (3) et (4) étant séparée de l'embout buccal par une soupape (5, 6) qui s'ouvre, respectivement, à l'aspiration et à l'expiration et qui se ferme, respectivement, à l'expiration et à l'aspiration. 3. Spiromètre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moyen de mesure de la différence de pression entre l'extrémité de la tuyère (1, 2) non raccordée à l'embout (1) et le col de cette tuyère comprend au moins un transducteur de pression différentielle. 4. Spiromètre selon la revendication 2, apte en outre à assurer la mesure de la capacité résiduelle pulmonaire d'un patient, caractérisé en ce que la tuyère d'aspiration est raccordable soit à l'atmosphère (en 12) soit à une source (8) d'alimentation à un débit volumètrique constant d'un mélange d'air et d'un gaz inerte, et en ce que la tuyère d'expiration (4), l'embout buccal (1), ou un raccord entre cet embout (i) et les tuyères (3) et (4), est équipé d'un capteur de débit du type catharomètrique utilisé comme analyseur de gaz, le spiromètre étant en outre équipé d'un moyen de mesure du volume cumulé de mélange air gaz-inerte inhalé, par un patient dans un temps déterminé. 5. Spiromètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur de débit du type catharomètrique est raccordé à un moyen de calcul apte à convertir les signaux qu'il reçoit du capteur en une grandeur représentative de la teneur en gaz inerte de l'air analysé. 6. Spiromètre selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu il comprend une enceinte tampon (11) interposée entre la tuyère d'aspiration (3) et la source (8) du mélange d'air et de gaz inerte.