Brevet FR2698260A1 — publié le 19940527

SPIROMETRE NOTAMMENT ADAPTE POUR DETERMINER LA CAPACITE RESIDUELLE FONCTIONNELLE (CRF) DES POUMONS D'UN PATIENT La présente invention concerne un spiromètre notamment adapté pour déterminer la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) des poumons d'un patient. Il est déjà connu de mesurer la CRF des poumons d'un patient. Ce type de mesure fait classiquement partie des mesures spirométriques effectuées lors d'une analyse complète du fonctionnement des poumons. Cependant, les spiromètres existants ne permettent pas tous d'effectuer cette mesure de CRF, et ceux qui le permettent n'effectuent pas uniquement cette mesure. La CRF est en fait une mesure parmi tant d'autres. Or, en elle-même, cette mesure est déjà significative d'un certain nombre de déficiences respiratoires. Le coût d'un spiromètre effectuant, entre autres, une mesure de CRF, est très important, ce qui ne le place pas à la portée de chaque laboratoire, comme cela devrait être le cas. En conséquence, ce type de mesure (CRF) n'est pas toujours réalisé. La présente invention a pour but de pallier l'ensemble de ces inconvénients en créant un spiromètre simple permettant de mesurer une CRF et/ou pouvant être adapté sur tout spiromètre existant ne présentant pas cette fonction. La présente invention a pour but de créer un tel spiromètre qui soit fiable, mais aussi économique et présentant le moins de pièces mécaniques susceptibles de maintenances ultérieures. A cet effet, la présente invention concerne un spiromètre adapté pour effectuer notamment une mesure de la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) des poumons d'un patient auquel il est relié, ledit spiromètre étant du type comportant - un moyen de liaison avec les poumons d'un patient, adapté pour créer un circuit fermé entre un circuit interne du spiromètre et les poumons du patient et dans lequel circule un mélange gazeux, - des moyens de détection des quantités d'oxygène et d'hélium contenus dans le mélange du circuit fermé, - des moyens de suppression d'éléments nocifs présents dans le mélange du circuit fermé avant leur inhalation par le patient, - des moyens d'introduction de gaz ou de mélange gazeux dans le mélange du circuit fermé, - des moyens à capacité variable adaptés pour visualiser des variations du cycle respiratoire du patient, ledit spiromètre étant caractérisé en ce que la circulation du mélange du circuit fermé, y compris la circulation de ce mélange dans les moyens de détection, est effectuée au moyen d'un seul dispositif d'aspiration, et en ce que les moyens à capacité variable sont constitués par un organe à volume variable adapté pour recueillir la respiration du patient, cet organe étant placé dans un élément à volume fixe muni d'un orifice de mise à l'air libre. Dans un tel spiromètre, la seule pièce en mouvement est un dispositif d'aspiration. Le nombre de pièces constituant ce spiromètre est faible, ce qui en réduit le coût. L'élément à volume fixe et l'organe à volume variable permettent, lors de la mesure de la CRF, de recueillir la totalité de la respiration du patient, et ainsi de créer un équilibre des masses de mélange gazeux entre les poumons du patient et le circuit fermé du spiromètre. En outre, ce spiromètre à CRF est facilement adaptable sur tous les autres spiromètres existants et permet également une détermination du volume de réserve expiratoire VRE au même niveau ventilatoire que la CRF, comme les spiromètres classiques actuellement sur le marché. La détermination du VRE est rendue possible par l'utilisation de l'organe à volume variable (recueillant la respiration du patient) placé dans l'élément à volume fixe. Toute variation du volume de l'organe à volume variable entraîne un débit d'air entrant ou sortant de l'orifice de mise à l'air libre de l'élément à volume fixe. La détermination de ce débit d'air permet avantageusement la détermination du spirogramme complet du patient et donc du VRE. Avantageusement, le coût de fabrication et le coût de maintenance d'un spiromètre selon l'invention sont faibles. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui suit, à titre d'information et en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un -spirogramme complet d'un patient, - la figure 2 est une vue schématique du spiromètre selon l'invention dans une première étape dite de vidange, - la figure 3 est une vue semblable à la figure 2, montrant le spiromètre selon l'invention dans une seconde étape, le circuit interne étant fermé et rempli d'un mélange air/hélium, - la figure 4 est une vue semblable à la figure 2, montrant le spiromètre selon l'invention dans une troisième étape, dite de mesure de la CRF, - la figure 5 est une vue schématique du spiromètre selon l'invention, - la figure 6 est une vue du moyen à capacité variable selon une variante de l'invention, plus particulièrement adapté pour réaliser une mesure de TLCO, - les figures 7 à 13 représentent, de façon schématique, chaque étape de la mesure de TLCO, et le spirogramme associé à chacune de ces étapes. Comme montré schématiquement à la figure 1, on rappelle que, si l'on trace en abscisse la fréquence f des mouvements respiratoires d'un patient et en ordonnées le volume d'air (c'est-à-dire de mélange gazeux) mis en oeuvre lors de ces mouvements respiratoires, lorsque la respiration n'est ni forcée, ni perturbée, on obtient la courbe A représentée. Lors d'une inspiration puis d'une expiration lentes forcées, on obtient la courbe B. On notera sur cette courbe que - le volume de réserve inspiratoire (VRI) correspond à l'amplitude de l'inspiration maximale diminuée de l'amplitude du volume courant (VC), - le volume de réserve expiratoire (VRE) correspond à l'amplitude de l'expiration maximale, - la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) correspond au volume de réserve expiratoire, augmenté du volume résiduel (non directement mesurable), - le volume courant VC correspond à l'amplitude de la courbe A, - la capacité vitale CV correspond à la hauteur totale d'une inspiration et d'une expiration maximales, et - la capacité pulmonaire totale correspond à la capacité vitale CV augmentée du volume résiduel VR. Le but d'une mesure de CRF est de permettre la détermination du volume résiduel VR, par différence avec le volume de réserve expiratoire VRE. La détermination de l'ensemble de ces valeurs permet de mettre en évidence des anomalies de fonctionnement du système respiratoire d'un patient, et d'évaluer toute restriction respiratoire ainsi que toute augmentation du volume résiduel VR. Selon la forme de réalisation représentée aux figures 2 à 4, le spiromètre 10 selon l'invention est adapté pour être relié par un moyen de liaison 11, aux poumons d'un patient P. Ce spiromètre 10 présente un circuit interne 12 qui, lorsqu'il est relié aux poumons d'un patient P, constitue un circuit fermé dans lequel peut circuler en permanence le mélange gazeux inspiré et exhalé des poumons. Le spiromètre 10 comporte, le long de son circuit interne principal 12 - un moyen de détection 13 de la quantité d'oxygène présente dans le circuit interne 12, - un organe à volume variable 14 (ici un simple ballon gonflable 14) placé dans un élément à volume fixe 15. On remarquera que l'élément à volume fixe 15 est muni d'un orifice de mise à l'air libre 32. Cet orifice fait communiquer l'intérieur de l'élément fixe 15 avec l'air ambiant. L'organe à volume variable 14 est alimenté par le circuit interne 12 avec le mélange gazeux expiré par le patient, ce mélange étant ensuite aspiré par, - un dispositif d'aspiration 16, placé en amont d'un moyen de suppression du gaz carbonique 17. Ce moyen est par exemple constitué par une simple cartouche de chaux sodée. Cette cartouche est munie d'une fenetre 50 (figure 5) permettant de vérifier visuellement si cette chaux sodée est usagée.Le dispositif d'aspiration 16 entrain le mélange présent dans le circuit principal 12 selon le sens de la flèche F. En sortie du moyen de suppression 17, on trouve un circuit secondaire de mesure 18. Dans ce circuit 18, sont présents un moyen de déshumidification 19 et un moyen de détermination 20 de la quantité d'hélium. Le sens d'écoulement du mélange gazeux dans ce circuit de mesure 18 (flèche G) est provoqué par une aspiration créée par un élément à effet Venturi 21. Cet élément à effet Venturi est placé en amont d'un ventilateur 22 et constitue avec celui-ci le dispositif d'aspiration 16. On notera que cet élément à effet Venturi ne recouvre pas complètement le ventilateur 22, de sorte que celui-ci puisse également aspirer le mélange gazeux présent dans le circuit principal 12. Dans la première étape représentée à la figure 2, dite étape de vidange, le circuit interne 12 du spiromètre n'est pas refermé. On procède ainsi à la vidange du spiromètre en faisant tourner en continu le ventilateur 16. Le ballon 14 se trouve donc tel que représenté, c'està-dire collabé. On vérifie que les moyens de détection 13 et 20 et que le moyen de suppression de gaz carbonique 17 sont opérationnels. Ces vérifications peuvent être effectuées manuellement et/ou à l'aide d'un circuit électronique de contrôle (non représenté). Dans -une seconde étape (figure 3), le circuit interne 12 est refermé sur lui-même. Ce circuit interne n'est pas relié aux poumons du patient P qui, dans cette étape, peut respirer librement à l'air libre. A la figure 3 a été représentée une électrovanne 23. Cette électrovanne permet d'introduire dans le circuit interne 12 un mélange physiologique d'oxygène et d'azote comportant un pourcentage connu d'hélium par exemple environ 11 %. Lorsque la concentration C1 d'hélium est stable, on mesure cette concentration initiale C1 à l'aide du moyen de détection d'hélium 20. On notera que dans cette seconde étape, le ventilateur 22 est en fonctionnement continu et que l'organe à volume variable 14 est gonflé par le volume du mélange gazeux emprisonné dans le circuit interne 12. Dans une troisième étape, dite de mesure de la CRF (figure 4), le patient est branché sur le spiromètre en fin d'expiration normale. Il est ainsi constitué un circuit fermé comprenant le circuit interne 12 du spiromètre et les poumons du patient. Le ventilateur 22 étant en fonctionnement, le mélange gazeux expiré par le patient est aspiré dans le circuit interne 12 du spiromètre. Le moyen de détection de la quantité d'oxygène analyse ce mélange gazeux. Dès que celui-ci comporte moins de 20 % d'oxygène, une électrovanne 24 est commandée et permet l'introduction d'oxygène dans le circuit. Dès que le pourcentage d'oxygène dépasse 21 %, l'électrovanne 24 est fermée. Le mélange expiré enrichi en oxygène est aspiré par le ventilateur 22, autour du Venturi 21, et traverse la cartouche de chaux sodée. A la sortie de cette cartouche, une partie du mélange est aspiré par le circuit 18 pour être déshumidifié en 19, puis pour en déterminer la concentration C2 d'hélium. La circulation du mélange dans le circuit secondaire 18 (cicuit de mesure) est provoquée par l'aspiration (la dépression) créée au niveau du Venturi. Le calcul de la CRF s'effectue alors selon la formule suivante (espace mort + 3000) (C1 - C2) CFR = où l'espace mort C2 est le volume interne connu et 3000 correspond en ml au volume de mélange introduit dans le spiromètre pour la détermination de l'espace mort. Une fois la mesure de la CRF réalisée, on place un organe de mesure 30 d'un spiromètre dans l'orifice 32 pratiqué dans l'élément à volume fixe 15, le patient étant toujours relié au spiromètre comme le montre la figure 4. Cet organe de mesure 30 est adapté pour recueillir une donnée représentative du volume d'air entrant et sortant de l'élément à volume fixe. A chaque inspiration et expiration du patient, l'organe à volume variable 14 (ballon) se gonfle et se dégonfle. Ce faisant, l'air entourant le ballon et présent dans l'élément à volume fixe est soit chassé vers l'extérieur, soit aspiré vers l'intérieur de l'élément à volume fixe. Il en résulte que l'organe 30 placé dans l'orifice 32 enregistre fidèlement le passage de l'air, et le transmet à un moyen d'enregistrement qui restitue ces informations sous la forme d'un spirogramme (tel que celui représenté à la figure 1). Il est ainsi possible de déduire de ces courbes, le volume de réserve expiratoire VRE, et bien entendu, le volume résiduel VR (CRF - VRE = VR). La mesure de la CRF avec un spiromètre selon l'invention est donc facile. Un tel spiromètre ne présente en outre qu'une seule pièce en mouvement, à savoir : le ventilateur 22. Ce spiromètre est peu coûteux, et il est adaptable sur tout spiromètre existant pour réaliser une mesure du VRE au même niveau ventilatoire que la CRF. On notera en variante que pour éviter toute fermeture de l'orifice 32 de l'élément à volume fixe, par le ballon 14 à l'état gonflé, on peut munir cet orifice d'un moyen d'écartement (un simple couvercle espacé de l'orifice (n#on représenté)) adapté pour permettre la sortie de 1 air contenu dans l'élément a volume fixe, même si le ballon a tendance à venir obstruer cet orifice. Il est encore à noter que ce même spiromètre peut permettre une mesure dite de TLCO (Transfer Lung of CO) et qui est significative du transfert du monoxyde de carbone dans les poumons du patient. Pour réaliser une telle mesure, il est nécessaire de modifier légèrement le spiromètre ci-dessus décrit. Plus précisément, il convient de rajouter dans le circuit de mesure 18 un détecteur de monoxyde de carbone 46 et, en amont de celui-ci, un petit bac à chaux sodée 47. En outre, il convient de rajouter dans l'élément à volume fixe 15, deux sacs respiratoires 40 et 41 du même type que l'organe à volume variable 14. Ainsi, l'élément à volume fixe 15 (figure 6) comporte le ballon 14 déjà décrit, un sac inspiratoire 40, et un sac expiratoire 41.Un orifice 42 mettant directement en relation le circuit interne du spiromètre 45 et le volume interne de l'élément à volume fixe 15 est rajouté. Il est à noter que ce circuit interne 45 est différent du circuit interne 12 déjà décrit, afin de réduire l'espace mort du circuit patient. Une vanne multivoies 43 est mise en place entre les sacs respiratoires 40, 41, l'orifice 42 et le circuit interne 45. Pendant toute la phase de préparation et de mesure de TLCO, le spiromètre 10 fonctionne de la manière représentée à la figure 2. Dans un premier temps, on effectue une mesure de la concentration en hélium C3 et de la concentration en monoxyde de carbone C4 du mélange contenu dans le sac inspiratoire 40. Pour ce faire, les détecteurs d'hélium 20 et de monoxyde de carbone 46 subissent en permanence l'aspiration de l'élément Venturi 21. Il suffit alors de connecter momentanément le sac inspiratoire 40 avec le circuit de mesure 18 à l'aide d'une électrovanne à trois voies 44 (figure 7). Ces déterminations de C3 et C4 sont réalisées ~ alors que le patient P n'est pas raccordé au circuit .45. Le patient est ensuite connecté au circuit 45 qui, lui-même, est raccordé par l'électrovanne multivoies 43 à l'orifice 42 débouchant dans l'élément à volume fixe 15. En plaçant un capteur de débit 30 dans l'orifice 32 de mise à l'air libre, on visualise fidèlement le spirogramme du patient (courbe A) (figure 8). En fin d'expiration maximum, on connecte (par l'intermédiaire de la vanne multivoies 43) le patient avec le sac inspiratoire 40 (figure 9). Le capteur de débit 30 permet de suivre cette inspiration (C) sur le spirogramme. Ce passage sur le sac inspiratoire 40 peut être fait manuellement ou automatiquement. A la fin de l'inspiration dans le sac inspiratoire 40, le patient est maintenu en phase d'apnée par une obturation du circuit 45. Cette phase d'apnée (figure t0) dure généralement de l'ordre de 10 s. En fin d'apnée, le patient expire d'abord un premier tiers du mélange contenu dans ses poumons par l'orifice 42, directement dans l'élément à volume fixe 15 (figure 11). Le second tiers du mélange contenu dans les poumons est expiré dans le sac expiratoire 41, sous la commande de l'électrovanne multivoies 43 (figure 12). Le troisième tiers est de nouveau expiré directement par l'orifice 42 (figure 11). Le patient est ensuite déconnecté. Le sac expiratoire 41 est alors connecté, par la vanne multivoies 43 et l'électrovanne 44 avec le circuit de détection des concentrations. Les concentrations C5 et C6 respectivement en hélium et en monoxyde de carbone (figure 13) sont alors déterminées. A partir de ces concentrations C3, C4, C5 et C61 les mesures classiques de TLCO sont obtenues. Ainsi, grâce à des modifications mineures, à savoir : ajout d'un moyen de détection 46 (CO) supplémentaire et d'un petit bac à chaux sodée 47, ajout de deux sacs respiratoires 40 et 41 supplémentaires et mise en place d'une vanne multivoies 43, et d'une vanne trois voies 44, le spiromètre selon l'invention peut effectuer une mesure de CRF, un spirogramme et une mesure de TLCO. On notera que l'acquisition de chacune des déterminations C3, C4 ou C5 et C6 est effectuée par un circuit électronique affichant sur un écran 30 ces valeurs (figure 5). Le dialogue entre la machine et le spécialiste s'effectue par l'intermédiaire d'un clavier 31. Les variations de volume de l'organe à volume variable sont directement visibles à travers l'élément à volume fixe 15, qui est avantageusement translucide, à cet effet. Comme représenté schématiquement à la figure 6, le spirogramme de cette mesure de TLCO est directement affiché sur un spiromètre associé au capteur 30. On voit notamment sur cette courbe l'inspiration C du patient, puis la phase d'apnée D, les premier E, second F et troisième G tiers de la phase d'expiration. Cette courbe spirographique est réalisée avantageusement grâce à l'orifice de mise à l'air libre 32 pratiqué dans l'élément à volume fixe 15. On notera en fait, que l'ensemble réalisé par l'organe à volume variable 14 et l'élément à volume fixe 15 constitue un pléthysmographe. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Ainsi, l'élément à volume fixe 15 peut présenter toutes formes et dimensions à condition qu'il soit au moins translucide. REVENDICATIONS 1/ - Spiromètre adapté pour effectuer notamment une mesure de la capacité résiduelle fonctionnelle (CRF) des poumons d'un patient auquel il est relié, ledit spiromètre étant du type comportant - un moyen de liaison (11) avec les poumons d'un patient, adapté pour créer un circuit fermé entre un circuit interne (12) du spiromètre et les poumons du patient (P), ce circuit fermé contenant un mélange gazeux, - des moyens de détection (13, 20) des quantités d'oxygène et d'hélium contenues dans le mélange du circuit fermé, - des moyens de suppression (17, 19) d'élément nocif présent dans le mélange du circuit fermé avant leur inhalation par le patient, - des moyens d'introduction (23, 24), dans le mélange du circuit de gaz ou de mélange gazeux, - des moyens à capacité variable (14, 15) adaptés pour visualiser des variations du cycle respiratoire du patient, ledit spiromètre étant caractérisé en ce que la circulation du mélange du circuit fermé, y compris la circulation de ce mélange dans les moyens de détection (20), est effectuée au moyen d'un seul dispositif d'aspiration (16), et en ce que les moyens à capacité variable sont constitués par un organe à volume variable (14) adapté pour recueillir la respiration du patient, cet organe étant placé dans un élément à volume fixe (15) muni d'un orifice (32) de mise à l'air libre. 2/ - Spiromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'aspiration (16) aspire le mélange circulant dans les moyens de détection (20) par effet Venturi (21). 3/ - Spiromètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d'aspiration (16) aspire non seulement le mélange du circuit fermé en provenance du patient, mais aussi au moins en partie, le mélange sortant du moyen de suppression du dioxyde de carbone (17) pour le faire circuler à travers un circuit de mesure (18). 4/ - Spiromètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de suppression de dioxyde de carbone (17) comportent un bac de chaux sodée et sont adaptés pour retenir le gaz carbonique produit par la respiration du patient. 5/ - Spiromètre selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, en aval du bac de chaux sodée (17) et en amont des moyens de détection (20) des quantités d'hélium, un dispositif de rétention d'humidité (19). 6/ - Spiromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il permet en outre la mesure du volume de réserve expiratoire (VRE), et est adaptable à cet effet sur tout spiromètre existant. 7/ - Spiromètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que la mesure du volume de réserve expiratoire (VRE) est effectuée par la détermination du débit d'air entrant ou sortan#t par l'orifice (32) de l'élément à volume fixe (15), lors d'un gonflement ou d'un dégonflement de l'organe à volume variable (14). 8/ - Spiromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de moyens à capacité variable (14, 40, 41) et est adapté pour mesurer la TLCO, tout en étant connecté en parallèle (30) sur un spiromètre classique pour la détermination en continu du cycle respiratoire du patient. 9/ - Spiromètre selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pluralité de moyens à capacité variable est constituée non seulement de l'élément à volume variable (14) recueillant la respiration normale du patient, mais aussi - d'un élément à volume variable, dit poche d'inspiration (40), contenant un mélange spécifique à inhaler, et - d'un élément à volume variable, dit poche d'expiration (41), adapté pour recueillir au moins en partie le mélange spécifique tel qu'exhalé par le patient. 10 - Spiromètre selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent non seulement les moyens de détermination des quantités d'hélium (20), mais aussi des moyens de détermination des quantités de monoxyde de carbone (46), placés en aval d'un petit bac à chaux sodée (47).