Brevet FR2732606A1 — publié le 19961011

L'invention concerne un appareil d'assistance respiratoire. L'invention concerne plus particulièrement un appareil d'assistance respiratoire du type comportant une enceinte à volume variable dont une paroi mobile est entraînée en translation alternée, par un dispositif d'entraînement comportant un moteur électrique, pour insuffler cycliquement un volume déterminé de gaz respirables à un patient au travers d'un bloc-soupapes sur lequel est branchée au moins une conduite d'inspiration reliée à un masque porté par le patient. De tels appareils d'assistance respiratoire, également appelés respirateurs volumétriques comportent généralement un soufflet dont un flanc mobile est actionné par un mécanisme utilisant un écrou susceptible de se déplacer axialement le long d'un arbre fileté qui est entraîné en rotation par le moteur. Pour améliorer le rendement d'un tel mécanisme du type vis-écrou, il a été proposer d'utiliser une vis à billes qui permet de minimiser les pertes énergétiques par frottements. Toutefois, les vis à billes disponibles sur le marché sont des dispositifs relativement encombrants, lourds et bruyants. Dans le cadre d'un appareil d'assistance respiratoire, le poids d'un système de vis à billes entraîne une trop grande inertie des pièces à mettre en mouvement pour actionner le soufflet, ce qui est nuisible à un bon contrôle des vitesses de déplacements du flanc mobile et, par conséquence, du débit et de la pression des gaz respirables insufflés au patient. Par ailleurs, il est nécessaire d'utiliser un dispositif dont le pas n'est pas trop important pour obtenir un dosage précis du volume total de gaz insufflés au patient, car la plage d'erreur irréductible due au pas s'ajoute aux déformations du soufflet. L'invention a donc pour but de proposer un appareil d'assistance respiratoire dont le système d'entraînement soit suffisamment léger et précis pour permettre un très bon contrôle du débit et de la pression des gaz insufflés au patient. Dans ce but, l'invention propose un appareil d'assistance respiratoire du type vu précédemment, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement comporte un arbre, entraîné en rotation par le moteur électrique, qui traverse une douille à roulements qui est immobilisée en rotation autour de son axe et qui se déplace axialement sur l'arbre, les roulements étant inclinés par rapport à l'axe de l'arbre de manière à provoquer un déplacement axial de la douille proportionnel à la rotation de l'arbre, et ainsi un déplacement de la paroi mobile reliée à la douille. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'arbre est un arbre lisse, et en cas de surcharge sur la douille, celle-ci est susceptible de glisser sur l'arbre de manière à assurer une fonction de débrayage de sécurité - l'arbre est muni d'une gorge hélicoïdale qui coopère avec les bagues extérieures des roulements de la douille à roulements - le dispositif d'entraînement est monté sur un châssis indépendant, qui est fixé dans le boîtier de l'appareil par l'intermédiaire de silentblocs, et dans lequel l'arbre est monté tournant par ses deux extrémités - la douille comporte un patin en matériau à faible coefficient de frottement qui coopère avec une piste du châssis indépendant pour empêcher la rotation de la douille autour de son axe - la position de la douille sur l'arbre est déterminée par un codeur fixé sur l'axe du moteur, il est prévu un dispositif de détection de fin de course comportant deux capteurs agencés sur le châssis et qui détectent le passage de la douille, et il est prévu un dispositif de sécurité comportant deux interrupteurs coupe-circuit agencés sur le châssis, au-delà des capteurs de fin course, et qui sont déclenchés mécaniquement par un levier de la douille - le dispositif d'entraînement comporte un chariot de guidage qui est guidé sur un rail parallèle à l'arbre et qui est relié à la douille - la douille comporte un bras transversal à l'extrémité libre duquel la paroi mobile de l'enceinte à volume variable est fixée de manière démontable pour permettre sa dépose simultanée avec le bloc-soupapes à des fins de nettoyage et de stérilisation du sousensemble constitué par le bloc-soupapes et l'enceinte à volume variable - l'enceinte à volume variable est fixée sur le bloc-soupapes qui est monté dans des glissières transversales du bâti de l'appareil et constitue une face avant de l'appareil, et sa paroi mobile est fixée sur le bras transversal par une vis de fixation axiale qui est reçue au fond d'une encoche du bras transversal hors de laquelle elle peut être extraite selon une direction parallèle aux glissières transversales - l'enceinte à volume variable est un soufflet - l'appareil comporte des moyens de chauffage d'une cartouche d'humidification des gaz respirables sous la forme d'une plaque chauffante escamotable fixée sur le boîtier de l'appareil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détail lée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue générale schématique en perspective avec arrachement d'un appareil d'assistance respiratoire conforme aux enseignements de l'invention - la figure 2 est une vue plus détaillée en perspective éclatée du dispositif d'entraînement selon l'invention. On a représenté sur la figure 1 de manière schématique l'agencement des différents composants d'un respirateur 10 conforme aux enseignements de l'invention. Le respirateur 10 est un appareil de type volumétrique qui comporte un soufflet 12 qui est fixé par l'une de ses extrémités axiales 13 sur un bloc-soupapes 14 et dont l'extrémité axiale opposée 18 constitue un flanc mobile 16 qui est entraîné en translation alternée par un dispositif d'entraînement 20. Ces éléments sont agencés à l'intérieur d'un premier compartiment 22 du bâti 24 du respirateur 10 qui comporte également un deuxième compartiment 26 à l'intérieur duquel sont agencés les moyens électroniques 28 de commande du respirateur 10. Le bloc-soupapes 14 regroupe l'ensemble des connexions pneumatiques du respirateur dont notamment l'entrée 30 et la sortie 32 d'air pour le soufflet 12. Selon une caractéristique du respirateur 10 selon l'invention, le bloc-soupapes 14 constitue en partie la face avant du respirateur 10 et il est monté coulissant dans des glissières verticales 33 (dont une est représentée sur la figure 1), perpendiculaires à l'axe Al de déplacement du flanc mobile 16 du soufflet 12, de manière à pouvoir être aisément démonté pour assurer son nettoyage et sa stérilisation ainsi que celle du soufflet 12. On a représenté sur la figure 2 de manière plus détaillée le dispositif d'entraînement 20 du soufflet 12. Conformément aux enseignements de l'invention, le dispositif d'entraînement 20 est monté sur un châssis indépendant 34 qui est fixé dans le bâti 24 du respirateur 10 par l'intermédiaire de silentblocs 36 qui limitent la transmission des vibrations provenant du moteur au reste du respirateur, vibrations qui pourraient être nuisibles au bon fonctionnement des moyens de commandes 28 ainsi qu'au silence de fonctionnement de l'appareil. Le châssis indépendant 34 du dispositif d'entrainement 20 est composé pour l'essentiel de deux plaques transversales avant 38 et arrière 40 reliées par une plaque longitudinale 42. Une tige lisse 44, disposée axialement, est montée à rotation autour de son axe A2 dans les plaques transversales 38, 40 grâce à des roulements à billes 45. Sur la plaque transversale arrière 40 est agencé, parallèlement à la tige 44, un moteur électrique 48 dont l'arbre moteur 50 dépasse au travers de la plaque transversale arrière 40 et porte une roue dentée menante 52. La tige 44 comporte une extrémité qui dépasse audelà de la plaque transversale arrière 40 et qui est munie d'une roue menée 46 reliée à la roue menante par une courroie crantée 54. Le moteur électrique 48 est par ailleurs muni d'un codeur 58 qui permet de connaître à tout moment la position angulaire de son arbre moteur 50. Le moteur 48 est commandé par les moyens 28 de commande qui déterminent sa vitesse et son sens de rotation. Un écrou à roulements 60 est prévu pour être monté sur la tige lisse 44. Les écrous à roulements, également connus sous la dénomination commerciale de bagues "Uhing" commercialisées par J. Uhing GmbH permettent de transformer un mouvement de rotation de la tige ou arbre 44 autour de son axe A2 en un mouvement de translation de l'écrou 60 le long de cet axe A2. Le pas de ce mécanisme peut être très réduit, notamment du fait de l'absence d'usinage sur l'arbre 44. De plus, s'agissant d'un mécanisme à roulements, son rendement énergétique est très favorable. Le mouvement de translation est obtenu grâce à l'inclinaison des roulements (non représentés) de l'écrou 60 par rapport à l'axe A2 de la tige lisse 44. L'angle de contact qui en résulte détermine le pas du mouvement hélicoïdal relatif entre la tige 44 et l'écrou 60. I1 n'y a donc pas dans ce mécanisme d'obstacle physique au coulissement axial de l'écrou 60, ce qui lui permet de glisser axialement le long de la tige 44 en cas de forte surcharge. Cela permet d'obtenir une fonction de débrayage de sécurité. De plus, ce mécanisme fonctionne sans lubrification, ce qui évite tout risque de contamination de l'environnement par de l'huile ou de la graisse. L'écrou 60 est muni sur une de ses faces latérales d'un patin 62 en matériau anti-friction qui est prévu pour coopérer avec la plaque longitudinale 42 du châssis indépendant 34 afin d'empêcher la rotation globale de l'écrou 60. Ainsi, lorsque le moteur 48 entraîne la tige 44 en rotation autour de son axe A2 grâce à la courroie crantée 54, l'écrou 60 se déplace axialement le long de la tige 44. Pour améliorer le rendement énergétique du dispositif d'entraînement, on peut prévoir de remplacer le patin 62 par un roulement lié à l'écrou 60 et prenant appui sur la plaque longitudinale 42. L'écrou 60 est par ailleurs muni d'un bras transversal 64 qui s'étend sensiblement parallèlement aux glissières verticales 33 sur lesquelles est monté le bloc-soupapes 14. Le bras transversal 64 est prévu pour entraîner le flanc mobile 16 du soufflet 12 en translation alternée. A cet effet, on a aménagé dans le bras transversal 64 une encoche verticale 66. Le flanc mobile 16 du soufflet comporte une vis axiale imperdable 68 dont la tige 70 est reçue dans l'encoche 66 du bras transversal 64 et dont la tête 72 permet le serrage du bras transversal 64 contre le flanc mobile 16. Une telle conception permet un démontage aisé du bloc-soupapes 14 et du soufflet 12 qu'il suffit de glisser verticalement vers le haut. Cette facilité de démontage et de remontage permet un nettoyage et une stérilisation fréquents du circuit pneumatique de l'appareil dans lequel transitent les gaz insufflés au patient. Dans un appareil de type volumétrique tel que le respirateur 10 représenté sur les figures, le contrôle du débit et de la pression des gaz insufflés au patient repose sur un contrôle optimal de la position et des déplacements du flanc mobile 16 du soufflet 12. I1 s'agit donc de connaître à tout instant la position de l'écrou 60 sur la tige 44. I1 a été vu plus haut que le moteur électrique 48 dispose d'un codeur 58 qui permet, en connaissant le rapport de démultiplication induit par l'éventuelle différence de diamètres entre la roue menante 52 et la roue menée 46, et en connaissant la valeur du pas du mouvement relatif de l'écrou 60 par rapport à la tige 44, de déterminer la position exacte à tout instant de l'écrou 60 et donc du flanc mobile 16 du soufflet 12. En complément, on a disposé sur la face latérale de l'écrou 60 qui porte le patin anti-friction 62 un aimant 74 qui est prévu pour coopérer avec deux capteurs à effet Hall 76 disposés sur une carte 77 à circuit imprimé qui est agencée contre la plaque longitudinale 42 du châssis indépendant 34, du côté opposé à la piste de frottement du patin 62 sur la plaque 42. A cet effet, la plaque longitudinale 42 est munie d'une fenêtre 78 qui permet la détection par les capteurs à effet Hall 76 du champ magnétique créé par l'aimant 74. Ainsi, on détermine deux positions axiales opposées de fin de course de l'écrou 60 qui permettent également une remise à zéro du codeur 58 du moteur 48. Cette remise à zéro permet d'éviter de cumuler les erreurs à chaque déplacement et permet donc d'obtenir une très bonne précision de la détermination de la position de l'écrou 60 le long de la tige 44. On a également prévu un dispositif de sécurité pour le cas où le codeur 58 et les capteurs à effet Hall 76 ne rempliraient pas leurs fonctions. A cet effet, deux interrupteurs coupe-circuit opposés 80 mécaniques ont été disposés sur la carte à circuit imprimé 77, de manière à pouvoir être actionnés par un levier 82 qui s'étend transversalement depuis l'écrou 60. Les interrupteurs 80 provoquent la coupure totale d'alimentation au niveau du moteur ainsi que le déclenchement d'une alarme. Une telle architecture d'un dispositif d'entraînement 34 pour un appareil de type volumétrique possède une inertie mécanique réduite et permet donc des accélérations plus importantes du soufflet 12 afin d'obtenir rapidement la pression de consigne des gaz à l'intérieur du soufflet 12. Les déplacements du soufflet 12 nécessitent ainsi moins d'énergie, ce qui est particulièrement appréciable dans le cas d'un appareil portable fonctionnant sur batterie puisque cela en augmente l'autonomie. Le gain de poids se traduit par d'autres effets en ce sens que, nécessitant moins d'énergie, ce dispositif d'entraînement 34 permet d'utiliser un moteur 48 plus petit qui permet lui-même d'utiliser des batteries plus petites et on a ainsi réduit de manière importante le poids et l'encombrement du respirateur 10. L'ensemble de ces dispositions permet par ailleurs d'obtenir une réduction notable du bruit de fonctionnement de l'appareil respiratoire et donc un meilleur confort pour l'utilisateur. De plus, afin de rendre l'appareil totalement autonome, il est équipé d'un dispositif de chauffage 84 pour une cartouche (non représentée) d'humidification de l'air respiré par le patient. Le dispositif de chauffage 84 tel que représenté sur la figure 1 peut être constitué soit par une plaque à résistance électrique soit, par exemple, par une plaque à induction. Cette plaque 84 est montée coulissante dans le socle 86 du respirateur 10 dans lequel elle est peut être escamotée lors du transport. La plaque 84 peut également être montée articulée sur le bâti 24 du respirateur 10 de manière à former, en position de transport, un couvercle de protection de la face avant du respirateur 10. I1 est par ailleurs possible de prévoir des variantes (non représentées) du dispositif de guidage. Ainsi, on pourra prévoir, au lieu d'utiliser une tige lisse, d'utiliser un arbre muni d'une rainure hélicoïdale associée à une douille à roulements, par exemple du type "HYDREL" commercialisé par INA. Un tel agencement ne permet pas le débrayage de sécurité mais il garantit une connaissance encore plus précise à tout instant de la position de l'écrou sur l'arbre puisqu'il n'y a plus de possibilité de glissement, même accidentel, de l'écrou le long de l'arbre. Afin d'augmenter encore le rendement énergétique d'un dispositif d'entraînement selon l'invention, on pourra prévoir une autre conception du blocage en rotation de l'écrou. Ainsi, il est possible de munir l'écrou d'un chariot de guidage annexe muni de rouleaux qui coopèrent avec un rail disposé parallèlement à la tige et qui assurent l'arrêt en rotation de l'écrou. Un tel dispositif, qui remplace un frottement par un roulement, permet de réduire encore l'inertie et la consommation énergétique du dispositif d'entraînement selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil d'assistance respiratoire du type comportant une enceinte à volume variable (12) dont une paroi mobile (16) est entraînée en translation alternée, par un dispositif d'entraînement (20) comportant un moteur électrique (48), pour insuffler cycliquement un volume déterminé de gaz respirables à un patient au travers d'un bloc-soupapes (14) sur lequel est branchée au moins une conduite d'inspiration reliée à un masque porté par le patient, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement (20) comporte un arbre (44), entraîné en rotation par le moteur électrique (48), qui traverse une douille à roulements (60) qui est immobilisée en rotation autour de son axe et qui se déplace axialement sur l'arbre (44), les roulements étant inclinés par rapport à l'axe de l'arbre (44) de manière à provoquer un déplacement axial de la douille (60) proportionnel à la rotation de l'arbre (44), et ainsi un déplacement de la paroi mobile reliée à la douille (60). 2. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (44) est un arbre lisse, et en ce qu'en cas de surcharge sur la douille (60), celle-ci est susceptible de glisser sur l'arbre (44) de manière à assurer une fonction de débrayage de sécurité. 3. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre est muni d'une gorge hélicoïdale qui coopère avec les bagues extérieures des roulements de la douille à roulements. 4. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement (20) est monté sur un châssis indépendant (34), qui est fixé dans le boîtier (24) de l'appareil par l'intermédiaire de silentblocs (36), et dans lequel l'arbre (44) est monté tournant par ses deux extrémités. 5. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la douille (60) comporte un patin (62) en matériau à faible coefficient de frottement qui coopère avec une piste (42) du châssis indépendant (34) pour empêcher la rotation de la douille (60) autour de son axe. 6. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication 4, caractérisé en ce que la position de la douille (60) sur l'arbre (44) est déterminée par un codeur (58) fixé sur l'axe (50) du moteur (48), en ce qu'il est prévu un dispositif de détection de fin de course comportant deux capteurs (76) agencés sur le châssis (34) et qui détectent le passage de la douille (60), et en ce qu'il est prévu un dispositif de sécurité comportant deux interrupteurs coupe-circuit (80) agencés sur le châssis (34), au-delà des capteurs (76) de fin course, et qui sont déclenchés mécaniquement par un levier (82) de la douille (60). 7. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement (20) comporte un chariot de guidage qui est guidé sur un rail parallèle à l'arbre et qui est relié à la douille. 8. Appareil d'assistance respiratoire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la douille (60) comporte un bras transversal (64) à l'extrémité libre duquel la paroi mobile (16) de l'enceinte à volume variable (12) est fixée de manière démontable pour permettre sa dépose simultanée avec le bloc-soupapes (14) à des fins de nettoyage et de stérilisation du sous-ensemble constitué par le bloc-soupapes (14) et l'enceinte à volume variable (12). 9. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'enceinte à volume variable (12) est fixée sur le bloc-soupapes (14) qui est monté dans des glissières transversales (33) du bâti (24) de l'appareil et constitue une face avant de l'appareil, et en ce que sa paroi mobile (16) est fixée sur le bras transversal (64) par une vis de fixation (68) axiale qui est reçue au fond d'une encoche (66) du bras transversal (64) hors de laquelle elle peut être extraite selon une direction parallèle aux glissières transversales (33). 10. Appareil d'assistance respiratoire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte à volume variable (12) est un soufflet. 11. Appareil respiratoire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage (84) d'une cartouche d'humidification des gaz respirables sous la forme d'une plaque chauffante escamotable fixée sur le boîtier (24) de l'appareil.