Brevet FR2718034A1 — publié le 19951006

L'invention concerne un appareil d'anesthésie pour la respiration artificielle d'un patient, avec un gaz respiratoire contenant un anesthésique, et comportant un dispositif de transport destiné à réacheminer des composants du gaz prédéterminés hors d'une conduite d'expiration de l'appareil d'anesthésie, par l'intermédiaire d'une unité de nettoyage, pour les faire passer dans un premier récipient sous pression. Depuis plus de cent ans, des médicaments narcotiques gazeux sont employés en anesthésie. Un gaz narcotique qui est liquide à température ambiante et sous pression atmosphérique, et qui est évaporé dans des évaporateurs à anesthésiques, est qualifié d'anesthésique volatile; il existe, en outre, des anesthésiques gazeux. Au début, on a utilisé le chloroforme et le diéthyléther comme anesthésiques volatiles, qui se sont vus remplacés, au fil des ans, pour des raisons médicales et de sécurité, par différents produits plus élaborés. Les anesthésiques habituellement employés aujourd'hui sont l'halothane (C-F,-C-H-Cl-Br), qui a été mis au point dans les années 50, l'enflurane (C-F-H-O-C-F2-C-F-C1-H) et l'isoflurane (C-F2-H-O-C-H-CI-CF), qui ont été introduits dans les années 80 dans la pratique clinique. Le gaz hilarant (N20) est employé, avec tous les anesthésiques, comme anesthésique gazeux et comme gaz porteur. Le gaz hilarant renforce l'effet des substances narcotiques et réduit ainsi leur utilisation. La concentration en gaz hilarant, à l'inspiration, se monte habituellement à 70%; les concentrations en anesthésiques volatiles qui sont nécessaires pour l'anesthésie représentent entre 1 et 2%, dans l'air inspiré par les patients. En cas d'anesthésie générale, on fait généralement respirer au patient un mélange de gaz anesthésiants composé de 70% de N20, et de 30% d'oxygène et de l'anesthésiant volatile choisi. L'halothane est métabolisé par l'homme à 20%, l'enflurane à 2% et l'isoflurane à 0,2%, et le gaz hilarant est expiré tel quel. Dans les appareils d'anesthésie respiratoire actuels, il est nécessaire, 3 0 pour des raisons techniques, de fournir au patient une quantité de gaz bien supérieure à celle que justifierait l'utilisation qui en est faite réellement. L'excédent de gaz est acheminé dans la conduite de gaz anesthésiant. Une possibilité technique de réduire la consommation de gaz anesthésiants est constituée par l'anesthésie à faible flux ou anesthésie low flow.' Dans l'anesthésie à faible flux, le flux de gaz représente de 1/3 à 1/6 de celui que l'on rencontre habituellement dans les anesthésiques gazeux actuels. Afin de pouvoir commander avec suffisamment de précision le dosage gazeux, au sens de la sécurité du patient, l'anesthésie à faible flux nécessite l'emploi d'appareils d'anesthésie de construction plus compliquée que celle des appareils actuellement utilisés. Par exemple, ils doivent être plus étanches et fonctionner avec plus de précision, afin de pouvoir doser avec suffisamment d'exactitude la concentration en gaz nécessaire pour l'anesthésie. Avec les possibilités techniques actuelles et l'introduction d'une nouvelle génération d'appareils d'anesthésie respiratoire, il est tout à fait possible d'utiliser l'anesthésie à faible flux, mais pas pour toutes les opérations. Depuis les années 40, on sait que le gaz rare xénon est susceptible d'être employé comme anesthésique inhalé. D'un point de vue médical, le xénon apporte beaucoup d'avantages. Lors d'examens qui ont été réalisés sur des hommes avec du xénon comme anesthésique inhalé, les avantages que l'on pouvait citer, en comparaison avec le gaz hilarant, étaient les suivants: un sommeil ressenti subjectivement par les patients comme très agréable, une meilleure stabilité de la circulation sanguine, l'absence de décharge d'hormones de stress, et des avantages en matière d'irrigation régionale d'organes isolés. Le pouvoir anesthésiant du xénon est plus fort que celui du gaz hilarant, ce qui permnnet une plus grande économie d'anesthésique; de plus, du fait de sa plus faible solubilité dans le sang ou dans le gaz et, donc, qu'il pénètre dans le corps et en ressort plus rapidement, il est plus adapté à être employé pour l'anesthésie à faible flux que le gaz hilarant et l'isoflurane du point de vue des risques écologiques et de ceux auxquels est exposé le manipulateur, il est, en tant que gaz rare, absolument sans danger aucun. Pour cette raison, le xénon est considéré comme un gaz anesthésiant pratiquement idéal. On considère que le seul inconvénient du xénon est son coût élevé. Pour cette raison, il est signalé, dans presque tous les examens, que le xénon ne doit être employé qu'à des fins scientifiques, et n'entre pas en ligne de compte pour une utilisation clinique. L'emploi de xénon en tant qu'anesthésique inhalé représenterait un grand progrès dans le domaine de la pratique médicale, des risques écologiques et des risques encourrus par l'opérateur. Cependant, le prix élevé du xénon rend absolument 3 0 nécessaire l'utilisation d'un procédé de recyclage. Par le document EP-B 287 068, on connaît un appareil d'anesthésie, pour la respiration artificielle d'un patient, fonctionnant avec du xénon comme composant du gaz respiratoire. Le gaz respiratoire est constitué, dans ce cas, d'un mélange gazeux d'oxygène et de xénon et est acheminé au patient par l'intermédiaire d'une conduite d'inspiration, et réacheminé vers l'appareil d'anesthésie par l'intermédiaire d'une conduite d'expiration. Dans la conduite d'expiration se trouve une unité de nettoyage pourvue d'un filtre pour l'adsorption de gaz carbonique et d'eau, ainsi que d'un filtre au charbon actif. Le gaz respiratoire expiré ainsi nettoyé est pompé, à l'aide d'un compresseur servant de dispositif de transport, dans deux récipients sous pression contenant, en plus de l'oxygène, soit une concentration en xénon inférieure à 80%, soit une concentration supérieure à 80%. La teneur en xénon du gaz respiratoire expiré est analysée et, en fonction de la concentration en xénon mesurée, il est envoyé vers l'un ou l'autre des récipients sous pression. Les récipients sous pression sont reliés au mélangeur de gaz de l'appareil d'anesthésie et servent de réservoir pour le gaz respiratoire inspiré envoyé au patient. Certes, l'appareil d'anesthésie connu permet un bon recyclage du xénon à partir du gaz respiratoire expiré; cependant, lors du réglage de la concentration en xénon à l'inspiration, on est dépendant de la combinaison de types de gaz qui se trouve à ce moment-là à l'intérieur des récipients sous pression, et qui, du fait du réacheminement continu du gaz respiratoire expiré, est constamment susceptible de changer. Au moyen de divers dispositifs d'analyse, il est nécessaire de procéder ài un contrôle permanent de la concentration en xénon présente à l'intérieur des récipients sous pression, ce qui complique la manipulation de l'appareil. De plus, lors des processus de rinçage, du xénon se perd à l'intérieur des conduites d'expiration, qui ne peut pas être réacheminé vers les deux récipients sous pression, et qui doit être traité 2 0 séparément. Par le document DE-A 30 00 191, on connait un procédé de recyclage de xénon à partir de gaz respiratoire expiré, qui est fondé sur l'adsorption de xénon dans des lits de charbon actif chauffés, avec désorption ultérieure à l'aide d'un gaz de rinçage. Le procédé connu présente l'inconvénient que seule une partie du volume de xénon respiré peut être récupérée et que, du fait de l'équipement nécessaire, il n'est pas possible d'envisager une utilisation clinique routinière. L'invention a pour but de perfectionner un appareil d'anesthésie avec recyclage de l'anesthésique envoyé au patient de telle sorte que les pertes au rinçage soient minimisées et que l'anesthésique récupéré présente une concentration 3 0 constante. Ce but est atteint par le fait qu'il est prévu un deuxième récipient sous pression, monté en aval du premier récipient sous pression, équipé d'un dispositif de compression faisant passer les composants du gaz hors du premier récipient sous pression et dans le deuxième, ainsi qu'un dispositif de refroidissement se trouvant au niveau du deuxième récipient sous pression, et par le fait que le dispositif de compression et le dispositif de refroidissement sont réglés sur des paramètres de fonctionnement tels qu'au moins l'anesthésique se trouve en phase liquide dans le deuxième récipient sous pression. L'avantage apporté par l'invention réside essentiellement dans le fait que, d'une part, il n'y a plus de pertes d'anesthésique au rinçage, dues au fonctionnement, car la totalité du gaz se trouvant dans le premier récipient sous pression est transportée, par le dispositif de compression, dans le deuxième récipient sous pression et que, d'autre part, la séparation de l'anesthésique des autres composants du gaz est réalisée par condensation de l'anesthésique dans le deuxième récipient sous pression, ce qui fait que celui-ci se retrouve pratiquement sous forme pure avec une concentration constante et peut être réutilisé pour une nouvelle anesthésie respiratoire. Dans la mesure o d'autres composants du mélange gazeux se sont liquéfiés dans le deuxième récipient sous pression, des couches de gaz liquéfiés se formeront, en fonction des poids spécifiques de chaque composant. Si l'on utilise du xénon comme anesthésique, celui-ci est plus lourd que les autres composants du mélange gazeux expiré, et il s'accumulera au fond du deuxième récipient sous pression. Avantageusement, une pression P d'environ 60 bar et une température T d'environ 10 degrés Celsius sont réglées à l'intérieur du deuxième récipient sous pression. La température T se situe en-dessous de la température critique de l'anesthésique destiné à être liquéfié; dans le cas présent, elle se situe en-dessous de la température critique du xénon. De façon avantageuse, la température T, en combinaison avec la pression P à l'intérieur du deuxième récipient sous pression, sont réglées de telle sorte qu'elles se situent en-dessous de la température critique de l'anesthésique, mais 2 5 au-dessus de la température critique des composants du gaz qui seraient les premiers à passer en phase liquide, si l'on atteignait cette température. De cette façon, on obtient que seul l'anesthésique destiné à être recyclé se trouve en phase liquide dans le deuxième récipient sous pression, tandis que les autres composants se trouvent en phase gazeuse. Avantageusement, le deuxième récipient sous pression comporte une conduite de transport pour l'anesthésique liquide, qui débouche dans un troisième récipient sous pression. Au moyen de la conduite de transport, l'anesthésique liquéfié peut être transvasé du deuxième récipient sous pression dans le troisième récipient sous pression. De façon avantageuse, une pompe est prévue dans la conduite de transport pour acheminer l'anesthésique liquide du deuxième récipient sous pression dans le troisième récipient sous pression. Avantageusement, un dispositif d'évacuation est prévu, au niveau du deuxième récipient sous pression, pour les composants gazeux se trouvant au-dessus des composants liquéfiés du gaz. Le dispositif d'évacuation est conçu de façon ià permettre, dans une position de repos, un flux gazeux du dispositif de compression dans le deuxième récipient sous pression et, dans une position de fonctionnement, ià interrompre l'écoulement de gaz et à permettre une évacuation de composants gazeux hors du deuxième récipient sous pression, par l'intermédiaire d'un étranglement d'évacuation. L'évacuation de composants gazeux hors du deuxième récipient sous pression est commandée en fonction de la pression régnant à l'intérieur du deuxième récipient sous pression. Si, par exemple, la pression P régnant ià l'intérieur du deuxième récipient a atteint une valeur P, le dispositif d'évacuation se met en position de fonctionnement, et la pression P est réduite à une valeur P_. Ensuite, le dispositif d'évacuation est placé en position de repos, et la pression P régnant ià l'intérieur du deuxième récipient sous pression est remontée jusqu'à la valeur P.. Grâce à la répétition de cycles de compression et d'"évacuation", la quantité d'anesthésique liquide augmente peu à peu à l'intérieur du deuxième récipient sous pression. Avantageusement, l'unité de nettoyage branchée sur la conduite d'expiration de l'appareil d'anesthésie est constituée d'au moins un filtre de sorption et d'un dispositif d'équilibrage en température pour les composants du gaz. Le filtre de sorption possède un filtre de particules et un filtre au charbon actif pour 2 5 l'adsorption de certains composants du gaz, devant être éliminés du gaz respiratoire, comme par exemple l'acétone et l'éthanol, qui se forment du fait du métabolisme du patient. Le dispositif d'équilibrage en température permet de séparer par cryogénisation certains composants du gaz hors du gaz respiratoire, comme par exemple l'humidité. L'unité de nettoyage peut également être équipée de tamis moléculaires, au moyen desquels l'azote, le gaz hilarant et le gaz carbonique, par exemple, peuvent être adsorbés. Un exemple d'exécution de l'invention est représenté sur le dessin et va maintenant être expliqué plus en détail. La figure unique représente un appareil d'anesthésie (1) pour la respiration artificielle d'un patient non représenté sur la figure, avec un gaz respiratoire contenant un anesthésique. Du xénon est employé dans le cas présent comme anesthésique. Le gaz respiratoire contenant du xénon qui s'échappe d'une conduite d'expiration (2) de l'appareil d'anesthésie arrive, en passant à travers un filtre de particules (3) et une soupape de sûreté (4), dans un réservoir (5) constitué de trois récipients (6) élastiques montés en série, afin d'égaliser le courant qui s'échappe de façon discontinue de la conduite d'expiration (2) et afin de compenser les variations de pression. Le filtre de particules (3) sert de filtre préalable, afin de tenir les impuretés à distance d'un indicateur de pression différentielle (7) monté en aval et d'une soupape de sûreté (4). L'indicateur de pression différentielle (7) mesure la pression présente derrière le filtre de particules (3) par rapport à l'atmosphère. Si la pression monte au-dessus d'une valeur seuil présélectionnée, le gaz respiratoire s'échappant de la conduite d'expiration (2) est envoyé, à l'aide de la soupape de sûreté (4), dans une conduite de gaz anesthésiant (8). Dans la position de commutation de la soupape de sûreté (4) qui est représentée, la conduite d'expiration (2) est reliée à la conduite de gaz anesthésiant (8). Une unité de nettoyage (9) est montée en aval du réservoir (5) et comprend, en série, un filtre de sorption (10) équipé d'un filtre préalable pour les particules aen suspension de taille supérieure à 1 micromètre, un filtre fin pour les particules en suspension de taille supérieure à 0,1 micromètre et un flitre au charbon actif, un dispositif d'équilibrage en température (11) destiné à séparer directement par cryogénisation les composants se trouvant à 2 0 l'état de vapeur, un tamis moléculaire (12) pour l'adsorption de certains gaz, comme par exemple l'azote, le gaz carbonique et le gaz hilarant. Au niveau du tamis moléculaire (12) est prévue une conduite de retour (13) pourvue d'une soupape anti- retour (14) pour la recirculation du gaz d'expiration. Une soupape antiretour à étranglement (15) est prévue derrière le tamis moléculaire (12) pour empêcher les rétroactions sur l'unité de nettoyage (9). Le gaz expiré se trouvant dans le réservoir (5) est aspiré par un dispositif de transport (16) qui, dans le cas présent, est un compresseur, et est comprimé à une pression d'environ 10 bar, dans un premier récipient sous pression (17); dans un deuxième récipient sous pression (19), monté en aval du dispositif de compression, on réalise ensuite, au moyen d'un dispositif de 3 0 compression (18), une compression à environ 60 bar. Si un gaz sous pression est employé pour l'entraînement du dispositif de transport (16), le froid résultant de l'expansion peut être utilisé pour refroidir le dispositif de transport (16). Le deuxième récipient sous pression (19) est logé dans un dispositif de refroidissement (20), dont la température T est réglée de telle sorte que le xénon destiné à être récupéré, qui se trouve dans le deuxième récipient sous pression (19), passe en phase liquide. En outre, la température T est calculée de telle sorte que les impuretés qui seraient les premières à passer en phase liquide, à la température T, restent encore en phase gazeuse. Etant donné que la pression P et la température T qui règnent à l'intérieur du deuxième récipient sous pression (19) sont liées par l'équation des gaz, il est nécessaire que si la pression est modifiée, la température T soit corrigée de façon correspondante, afin de conserver, comme souhaité, le xénon à l'état d'agrégat liquide. Sur un raccord de l'amenée de gaz (21) du deuxième récipient sous pression (19) est branché un dispositif d'évacuation (22) pourvu d'un étranglement d'évacuation (33), destiné à évacuer des résidus gazeux isolés du deuxième récipient sous pression (19), tels que l'oxygène, par exemple. Un capteur de niveau de remplissage (23), également raccordé sur le raccord de l'amenée de gaz (21), surveille que du xénon liquide ne s'échappe pas à travers le dispositif d'évacuation (22), et un manomètre (32) mesure la pression P régnant à l'intérieur du deuxième récipient sous pression (19). Grâce à l'évacuation de résidus gazeux hors du deuxième récipient sous pression (19), jusqu'à atteindre une pression P.,. de 63 bar, et grâce à la compression ultérieure du gaz retiré du premier récipient sous pression (17), jusqu'à atteindre la pression P de 65 bar, la quantité de xénon à l'état liquide présente dans le deuxième récipient sous pression (18) va augmenter de façon continue. Un troisième récipient sous pression (24) est prévu à l'intérieur du dispositif de refroidissement (20) pour servir de réservoir supplémentaire pour le xénon liquide, qui est relié au fond (28) du deuxième récipient sous pression (19), par l'intermédiaire d'une conduite de transport (25) et d'une pompe (26), afin de transporter le xénon liquide du deuxième récipient sous pression (19) dans le troisième récipient sous pression (24). Lorsque suffisamment de xénon a été pompé hors du deuxième récipient sous pression (19), la conduite de transport (25) est fermée à l'aide d'une soupape (29). Sur un assemblage de remplissage (30) du troisième récipient est monté un détecteur de niveau de remplissage (27), avec lequel on doit surveiller que seul du xénon liquide soit pompé à l'intérieur du troisième récipient sous pression. Une unité de commande (31), se présentant sous la forme d'une unité logique à microprocesseur, exécute toutes les tâches de commande et de régulation. Le dispositif représenté sur la figure fonctionne de la façon suivante. Le gaz respiratoire expiratoire, contenant du xénon, qui s'échappe de l'appareil d'anesthésie (1) est tout d'abord recueilli dans le réservoir (5). Le niveau de remplissage à l'intérieur du réservoir (5) est surveillé à l'aide de l'indicateur de pression différentielle (7). Si la pression différentielle mesurée dépasse une valeur seuil présélectionnée, la soupape de sûreté située entre l'appareil d'anesthésie (1) et le réservoir (5) est commandée de telle sorte que la conduite d'expiration (2) qui conduit le gaz respiratoire soit reliée à la conduite de gaz anesthésiant (8). Un tel changement de position peut être nécessaire, par exemple, lorsque le dispositif de transport (16) est défectueux et que du gaz ne peut pas être retiré du réservoir (5). Des particules en suspension sont retirées du gaz respiratoire à l'aide de l'unité de nettoyage (9) montée en aval du réservoir (5), et des impuretés à l'état de vapeur, qui se sont ajoutées au gaz respiratoire du fait du métabolisme du patient, sont éliminées au moyen du filtre au charbon actif. D'autres composants à l'état de vapeur peuvent être retirés par cryogénisation directe, réalisée par le dispositif d'équilibrage en température (11). L'azote, le gaz carbonique et le gaz hilarant qui sont présents dans le gaz respiratoire sont retirés au moyen du tamis moléculaire (12). Une fois qu'il a traversé l'unité de nettoyage (9), le gaz respiratoire ne contient sensiblement plus que de l'oxygène et du xénon. Une fois réalisée la compression du gaz respiratoire, au moyen du dispositif de transport (16), à environ 10 bar dans le premier récipient sous pression, une autre compression à environ 60 bar est réalisée, au moyen du dispositif de compression (18), dans le deuxième récipient sous pression (19). La température T du dispositif de refroidissement (20) qui entoure le deuxième récipient sous pression (19) est réglée à environ 10 degrés Celsius, de façon à ce que le xénon se condense et se rassemble au fond (28) du deuxième récipient sous pression (19). La température T est choisie de telle sorte que seul le xénon se trouve en phase liquide et que tous les autres composants du gaz se trouvent en phase gazeuse. Le manomètre (32) enregistre en permanence la pression P régnant à l'intérieur du deuxième récipient sous pression (19). Si une pression P. de 65 bar est atteinte, le dispositif de compression (18) est arrêté et le dispositif d'évacuation (22) est commandé, par l'intermédiaire de l'unité de commande (31), de telle sorte que l'écoulement de gaz entre le dispositif de compression (18) et le deuxième récipient sous pression (19) soit interrompu et que les composants gazeux qui se trouvent au- dessus du xénon dans le deuxième récipient sous pression (19) puissent être évacués par l'intermédiaire d'un étranglement d'évacuation (33) monté en aval du dispositif d'évacuation (22). Si la pression P, de 63 bar est atteinte à l'intérieur du deuxième récipient sous pression (19), le dispositif d'évacuation (22) est remis dans sa position d'origine et le dispositif de compression (18) comprime le gaz présent à l'intérieur du deuxième récipient sous pression, pour qu'il atteigne à nouveau la valeur P = 65 bar. Grâce à la répétition des cycles de "compression" et d"'évacuation", la quantité de xénon liquide augmente peu à peu à l'intérieur du deuxième récipient sous pression (19) et, en cas de besoin, du xénon liquide peut être transvasé dans le troisième récipient sous pression (24), par l'intermédiaire de la conduite de transport (25), de la soupape (29) et de la pompe (26). Du xénon pur peut alors être prélevé du troisième récipient sous pression (24) et être utilisé pour l'anesthésie par inhalation. Revendications 1. Appareil d'anesthésie pour la respiration artificielle d'un patient, avec un gaz respiratoire contenant un anesthésique, et comportant un dispositif de transport (16) destiné à réacheminer des composants du gaz prédéterminés hors d'une conduite d'expiration (2) de l'appareil d'anesthésie (1), par l'intermédiaire d'une unité de nettoyage (9), pour les faire passer dans un premier récipient sous pression (17), caractérisé en ce qu'il est prévu un deuxième récipient sous pression (19), monté en aval du premier récipient sous pression (17), équipé d'un dispositif de compression (18) faisant passer les composants du gaz hors du premier récipient sous pression (17) et dans le deuxième (19), ainsi qu'un dispositif de refroidissement (20) se trouvant au niveau du deuxième récipient sous pression (19), et en ce que le dispositif de compression (18) et le dispositif de refroidissement (20) sont réglés sur des paramètAres de fonctionnement P, P.., P., T tels qu'au moins l'anesthésque se trouve en phase liquide dans le deuxième récipient sous pression (19). 2. Appareil d'anesthésie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pression P d'environ 60 bar et une température T d'environ 10 degrés Celsius, servant de paramètres de fonctionnement, sont réglées et en ce que la température T se situe en-dessous de la température critique de l'anesthdsique. 3. Appareil d'anesthésie selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température T se situe en-dessous de la température critique de l'anesthésique, mais au-dessus de la température critique des composants du gaz qui seraient les premiers à passer en phase liquide, si l'on atteignait cette température. 4. Appareil d'anesthésie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le deuxième récipient sous pression (19) comporte une conduite de transport (25) pour l'anesthésique liquide, qui débouche dans un troisième récipient sous pression (24). 5. Appareil d'anesthésie selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une pompe (26) est prévue dans la conduite de transport (25) pour acheminer l'anesthésique liquide du deuxième récipient sous pression (29) dans le troisième 3 o récipient sous pression (24). 6. Appareil d'anesthésie selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un dispositif d'évacuation (22) est prévu, au niveau du deuxième récipient sous pression (19), pour les composants gazeux se trouvant au-dessus des composants liquéfiés du gaz. 3 5 7. Appareil d'anesthésie selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'unité de nettoyage (9) est constituée au moins d'un filtre de sorption (10) et d'un dispositif d'équilibrage en température(ll)pour les composants du gaz.