Brevet FR2806632A1 — publié le 20010928

L'invention concerne un dispositif comprenant un détecteur de gaz destiné à mesurer un composant de gaz respiratoire dans une conduite de gaz respiratoire qui, par l'intermédiaire d'un dispositif de transport du gaz respiratoire, est reliée à une conduite d'alimentation en gaz destinée au gaz respiratoire, et comprenant une conduite de dérivation s'étendant de la conduite de gaz respiratoire à la conduite d'alimentation en gaz. Un appareil d'assistance respiratoire comprenant un dispositif de transport du gaz respiratoire qui aspire de l'air ambiant par une conduite d'alimentation en gaz et l'introduit par pompage dans une conduite de gaz respiratoire conduisant à un patient, est connu par le document DE 197 08 094 A1. Grâce au refoulement d'une partie du gaz respiratoire aspiré dans la zone du côté aspiration du dispositif de transport et grâce à l'addition dosée, simultanément, d'oxygène provenant d'une source d'oxygène dans la conduite d'alimentation en gaz, il est possible d'adapter la concentration d'oxygène du gaz respiratoire aux besoins du patient. La concentration d'oxygène dans le gaz respiratoire est mesurée à l'aide d'un détecteur d'oxygène présent dans une conduite de gaz respiratoire. En plus de la concentration d'oxygène, on mesure le débit de gaz respiratoire et la pression de respiration artificielle. En raison du fonctionnement cyclique de l'inspiration et de l'expiration, des variations de pression apparaissent dans la conduite de gaz respiratoire, qui ont des répercussions sur la précision de la mesure de la concentration en oxygène. Il serait naturellement possible, à partir de la mesure de pression qui est réalisée à proximité du détecteur d'oxygène, de calculer des valeurs de correction pour la concentration en oxygène, mais ceci exige d'utiliser des algorithmes d'évaluation compliqués, car il est nécessaire d'évaluer synchroniquement la variation dans le temps de la pression et la variation dans le temps de la concentration en oxygène. On ne dispose donc de valeurs de mesure corrigées, pour la concentration en oxygène, qu'au bout d'un certain temps; de ce fait, celles-ci sont très inexactes. Dans la mesure o le détecteur d'oxygène est monté dans une boucle de régulation pour servir d'indicateur de valeur effective pour la concentration d'oxygène à régler, il n'est pas possible d'accepter des retards et des imprécisions dans la détermination de la valeur effective, car ceux-ci porteraient préjudice à la régulation. L'invention a donc pour but de perfectionner un appareil d'assistance respiratoire du type évoqué de telle sorte qu'il soit possible de corriger la pression, lors de la mesure de la concentration en oxygène, sans que la pression de respiration artificielle exerce une influence appréciable. Ce but est atteint grâce au fait qu'est prévue, parallèlement à la conduite de dérivation, une première conduite pour le gaz mesuré comprenant une première cellule de mesure électrochimique servant de détecteur de gaz, grâce au fait qu'est prévu, dans la série de conduites de la première conduite pour le gaz mesuré, entre la première cellule de mesure électrochimique et la conduite de gaz respiratoire, un premier point d'étranglement, grâce au fait qu'un premier capteur de pression est monté du côté aval de la première cellule de mesure électrochimique, et grâce au fait qu'un point d'embouchure, pour la première conduite pour le gaz mesuré, est prévu dans la conduite d'alimentation en gaz, en remontant le courant de la conduite de dérivation. L'avantage apporté par l'invention réside essentiellement dans le fait que, grâce au montage du détecteur d'oxygène dans une conduite pour le gaz mesuré s'étendant entre la conduite de gaz respiratoire et la conduite d'alimentation en gaz, dans la zone aspiration du dispositif de transport du gaz respiratoire, et grâce au montage d'un point d'étranglement en amont de la première cellule de mesure électrochimique, on procède à une mesure de la concentration en oxygène dans ce que l'on appelle le courant secondaire, sans que les variations de pression dans la conduite de gaz respiratoire se répercutent sensiblement sur le débit gazeux dans la zone de la première cellule de mesure électrochimique. Du fait de la présence du premier point d'étranglement, un courant de gaz mesuré est dérivé de la conduite de gaz respiratoire et s'écoule dans la conduite d'alimentation en gaz, en passant par la première cellule de mesure électrochimique. En termes de pression, la conduite d'alimentation en gaz se situe légèrement en-dessous du niveau de la pression ambiante. La pression qui règne en aval du premier point d'étranglement est captée au moyen d'un premier détecteur de pression qui, en comparaison avec la mesure de pression réalisée dans la conduite de gaz respiratoire o règne la pression respiratoire, n'enregistre que de faibles variations de pression. Le courant de gaz mesuré qui traverse la première cellule de mesure électrochimique est de l'ordre de 200 millilitres par minute. Etant donné que le gaz mesuré est réintroduit dans la conduite d'alimentation en gaz, il n'y a aucune déperdition de gaz respiratoire s'échappant de la conduite de gaz respiratoire. Avantageusement, une deuxième conduite pour le gaz mesuré comportant une deuxième cellule de mesure électrochimique est montée parallèlement à la première conduite pour le gaz mesuré. La deuxième cellule de mesure électrochimique sert, d'une part, à surveiller la première cellule de mesure électrochimique et, d'autre part, sert d'indicateur de valeur effective pour la concentration en oxygène pour le cas o la première cellule de mesure électrochimique ne soit pas active, ou pour le cas o elle se trouve en mode de calibrage. Entre la conduite de gaz respiratoire et la deuxième cellule de mesure électrochimique est prévu, dans la deuxième conduite pour le gaz mesuré, un deuxième point d'étranglement qui sert à désaccoupler la deuxième cellule de mesure électrochimique de la pression qui règne dans la conduite de gaz respiratoire. Suivant une possibilité, il est prévu un deuxième capteur de pression, mesurant la pression atmosphérique et une valeur de correction destinée au premier capteur de pression est formée à partir de la valeur mesurée par le deuxième capteur de pression. De façon avantageuse, le point d'embranchement des conduites pour le gaz mesuré dans la conduite de gaz respiratoire est situé, dans la direction d'écoulement, avant le point d'embranchement de la conduite de dérivation. On obtient ainsi qu'une pression supérieure au niveau de la pression ambiante règne constamment au point d'embranchement, pression qui garantit le débit du gaz mesuré à travers les conduites pour le gaz mesuré. De façon préférée, un commutateur est monté dans la première conduite pour le gaz mesuré de telle sorte que la première cellule de mesure électrochimique soit susceptible d'être reliée à une source de gaz de calibrage. Un exemple d'exécution de l'invention est représenté sur la figure et va maintenant être expliqué de façon plus détaillée. La figure unique représente un appareil d'assistance respiratoire 1, dans lequel, au moyen d'un ventilateur 2, de l'air provenant de l'atmosphère ambiante 3 est aspiré, en traversant un filtre à bactéries 4, dans une conduite d'alimentation en gaz 5, et est introduit par pompage dans une conduite de gaz respiratoire conduisant à un patient 6. L'expiration intervient par une conduite d'expiration 8 et une soupape d'expiration 9. La soupape d'expiration 9 est fermée pendant la phase d'inspiration, afin que la pression d'inspiration puisse se former dans la conduite de gaz respiratoire 7 et, pendant la phase d'expiration, elle est ouverte de telle sorte que la pression d'expiration tombe jusqu'à une pression résiduelle de fin d'expiration prédéterminée. Le niveau de la pression d'inspiration est régulé au moyen du ventilateur 2 et au moyen d'une soupape de dérivation 10, court-circuitant le ventilateur 2, et d'une conduite de dérivation 11. Au cours de la phase d'inspiration, la soupape de dérivation 10 est le plus souvent fermée, de sorte que le gaz respiratoire aspiré est transporté, pratiquement en totalité, vers le patient 6, à travers la conduite de gaz respiratoire 7. Au début de la phase d'expiration, la soupape de dérivation 10 est ouverte, ce qui fait que le gaz respiratoire, par la conduite de dérivation 11, est réacheminé vers le côté aspiration du ventilateur 2 et que le patient 6 peut expirer par la soupape d'expiration 9 qui est ouverte. Au cours de la phase d'expiration, le gaz respiratoire circule entre le ventilateur 2 et la conduite de dérivation 11. Une soupape anti-retour 12 empêche, au cours de l'expiration, un reflux de gaz expiré dans la conduite de gaz respiratoire 7. Dans la conduite d'alimentation en gaz 5 se trouve, entre le filtre à bactéries 4 et le ventilateur 2, un volume tampon 13 qui, par l'intermédiaire d'une conduite d'amenée 14, est relié à une unité de dosage de gaz 15 destinée à l'oxygène. L'unité de dosage de gaz 15 est constituée d'un montage en parallèle d'éléments d'étranglement D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 auxquels sont associées des soupapes d'arrêt A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 qui, d'une part, sont reliées à la conduite d'amenée 14 au niveau d'un point collectif 16 et, d'autre part, sont alimentées en oxygène par un répartiteur 17. Le répartiteur 17 est relié à une source d'oxygène sous pression 19, par l'intermédiaire d'un filtre 18. Pour assurer leur capacité de débit, les éléments d'étranglement D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8 présentent une pondération binaire, ce qui fait qu'une ouverture et une fermeture adaptée des différentes soupapes d'arrêt permet de régler le débit d'oxygène requis. A cet effet, les soupapes d'arrêt A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 reçoivent, par l'intermédiaire d'une ligne de commande, des impulsions de commande provenant d'une unité de commande et de régulation 20. Une correction du débit d'oxygène, qui pourrait s'avérer nécessaire, peut être obtenue par synchronisation des différentes soupapes d'arrêt, dans la mesure o l'unité de commande et de régulation 20 produit des impulsions de commande à cadences d'horloge variables et avec des rapports impulsions/pauses différents. L'unité de commande et de régulation 20, qui exécute toutes les opérations de mesure, d'évaluation et de régulation, est également reliée à la soupape d'expiration 9 et à la soupape de dérivation 10. Dans la conduite de gaz respiratoire, en aval du ventilateur 2 et du côté de l'arrivée du flux d'une ouverture d'évacuation 37 de la conduite de dérivation 11, est prévu un point d'embranchement 22 pour une première conduite pour le gaz mesuré 23 et pour une deuxième conduite pour le gaz mesuré 24. Les conduites pour le gaz mesuré 23, 24 s'étendent du point d'embranchement 22 jusqu'à un point d'embouchure 25, en remontant le courant de la conduite de dérivation 11. Le point d'embouchure 25 se trouve ainsi sensiblement au niveau de pression qui règne à l'intérieur du volume tampon 13, qui ne diverge que faiblement de la pression qui règne dans I'atmosphère ambiante 13. Dans la première conduite pour le gaz mesuré 23 se trouvent, à partir du point d'embranchement 22, un premier point d'étranglement 26, un commutateur 27, une première cellule de mesure électrochimique 28 et un premier capteur de pression 29. La deuxième conduite pour le gaz mesuré 24 est équipée d'un deuxième point d'étranglement 30 et d'une deuxième cellule de mesure électrochimique 31. Grâce au commutateur 27, il est possible d'établir une liaison gazeuse soit entre la première cellule de mesure électrochimique 28 et le premier point d'étranglement 26, soit entre la première cellule de mesure électrochimique 28 et un troisième point d'étranglement 32, qui est relié, par l'intermédiaire d'un détendeur 33, à une source d'oxygène sous pression 19. En fonction de la position du commutateur 27, la première cellule de mesure électrochimique 28 reçoit le gaz mesuré soit en provenance de la conduite de gaz respiratoire 7 soit, à des fins de calibrage, en provenance de la source d'oxygène sous pression 19. L'appareil d'assistance respiratoire selon l'invention fonctionne de la façon suivante: Par l'intermédiaire d'une unité de commande 34, certains paramètres respiratoires, tels que le débit de gaz respiratoire, la pression maximale à l'inspiration, la durée d'inspiration, la durée d'expiration, la pression de fin d'expiration, et la concentration en oxygène à l'inspiration, sont rentrés dans l'unité de commande et de régulation 20. A partir de ces paramètres, l'unité de commande et de régulation 20 calcule des valeurs de consigne pour l'unité de dosage du gaz 15, la vitesse de rotation du ventilateur 2, le réglage de la soupape de dérivation 10 et la soupape d'expiration 9. Un fluxmètre 35 monté à l'intérieur de la conduite de gaz respiratoire 7 mesure le débit du gaz et, en fonction de la valeur mesurée et de la concentration en oxygène à l'inspiration qui est réglée, les soupapes d'arrêt de l'unité de dosage du gaz 15 sont actionnées de telle sorte qu'une concentration en oxygène correspondante s'établisse dans le gaz respiratoire. La concentration en oxygène en aval du ventilateur 2 est déterminée à l'aide de la première cellule de mesure électrochimique 28. Du fait de la pression dynamique qui s'établit avant l'ouverture d'évacuation 37 de la conduite de dérivation 11, au cours de l'inspiration, un premier courant de gaz mesuré est dirigé, en passant par un premier point d'étranglement 26, à travers la première conduite pour le gaz mesuré 23, vers la première cellule de mesure électrochimique 28. Afin de pouvoir effectuer une correction en pression de la valeur mesurée pour la concentration en oxygène, la pression, du côté aval de la première cellule de mesure électrochimique 28 est détectée à l'aide du premier capteur de pression 29. Sur la figure, le premier capteur de pression 29 se situe entre le point d'embouchure 25 et la première cellule de mesure électrochimique 28. Les variations de la pression de l'atmosphère ambiante sont mesurées par un deuxième capteur de pression 36, qui n'est pas monté dans les conduites 5, 7, et sont intégrées, par l'unité de commande et de régulation , dans la correction en pression de la valeur mesurée par la première cellule de mesure électrochimique 28. Un deuxième courant de gaz mesuré s'écoule à partir du point d'embouchure 22, à travers la deuxième conduite pour le gaz mesuré 24, en passant par le deuxième point d'étranglement 30 et par la deuxième cellule de mesure électrochimique 31, en direction du point d'embouchure 25 présent dans la conduite d'alimentation en gaz 5. La correction en pression de la valeur de concentration mesurée par la deuxième cellule de mesure électrochimique 31 est réalisée par le premier capteur de pression 29, en intégrant aussi le deuxième capteur de pression 36. La deuxième cellule de mesure électrochimique 31 sert surtout à surveiller la première cellule de mesure électrochimique 28. A cet effet, les valeurs de concentration en oxygène qui sont mesurées par les cellules de mesure électrochimiques 28, 31 sont constamment lues dans l'unité de commande et de régulation 20, et leur plausibilité est vérifiée. La concentration en oxygène à l'intérieur de la conduite de gaz respiratoire 7 est surveillée par une boucle de régulation, qui n'est pas représentée en détail sur la figure, qui mesure la valeur effective de la concentration en oxygène avec la première cellule de mesure électrochimique 28, qui produit une variable, en intégrant la valeur de consigne pour la concentration en oxygène qui a été entrée dans l'unité de commande 20 par l'unité de commande 34, et qui la transmet à l'unité de dosage du gaz 15 par la ligne de commande 21. La valeur mesurée par le fluxmètre 35 est intégrée dans la variable de telle sorte qu'en fonction d'une addition dosée d'oxygène dans le volume tampon 30, proportionnelle au flux, le flux gazeux d'oxygène soit augmenté proportionnellement, en présence d'importants flux gazeux et soit réduit de façon correspondante en présence de flux gazeux réduits. Grâce à l'addition dosée d'oxygène, proportionnelle au flux, la concentration en oxygène peut tout d'abord être réglée de façon approximative sur la valeur de consigne, et le réglage précis est réalisé par la première cellule de mesure électrochimique 28, en s'appuyant sur la mesure de la concentration en oxygène. En cas de défaillance de la première cellule de mesure électrochimique 28, on utilise la deuxième cellule de mesure électrochimique comme indicateur de valeur effective. La deuxième cellule de mesure électrochimique 31 est également utilisée pour la régulation de la concentration en oxygène lorsque la première cellule de mesure électrochimique 28 se trouve en mode de calibrage. Pour effectuer le calibrage, la première cellule de mesure électrochimique 28 est reliée, au moyen du commutateur 27, en passant par le troisième point d'étranglement 32, avec la source d'oxygène sous pression 19. Grâce à la présence de deux cellules de mesure électrochimique, le fonctionnement de l'appareil d'assistance respiratoire 1 est garanti même lorsque l'une des cellules de mesure électrochimiques doit être rapidement mise hors circuit, pour effectuer un calibrage, ou lorsqu'une cellule de mesure électrochimique doit être changée. Etant donné que le point d'embranchement 22 est situé en amont de l'ouverture d'évacuation 37 de la conduite de dérivation 11, il se crée, au niveau des points d'étranglement 26, 30, au cours de la phase d'inspiration, mais également au cours de l'expiration, une pression dynamique qui peut, certes, être plus ou moins élevée, mais qui provoque un flux de gaz mesuré permanent dans les conduites pour le gaz mesuré 23, 24. Les surfaces de section des points d'étranglement 26, 30 présentent des dimensions permettant un débit de gaz mesuré moyen d'approximativement 200 millilitres par minute. Le gaz mesuré s'écoule approximativement à la pression de l'atmosphère ambiante, en passant par le point d'embouchure 25, dans la conduite d'alimentation en gaz 5 et dans le volume tampon 13 et y est à nouveau aspiré, avec l'air ambiant et l'oxygène introduit par l'unité de dosage du gaz 15 dans le volume tampon 13, et envoyé au patient 6. Ainsi, il n'y a aucune perte de gaz mesuré. Les points d'étranglement 26, 30 permettent un désaccouplage efficace des cellules de mesure électrochimiques 28, 31 de la pression qui règne dans la conduite de gaz respiratoire 7. En aval de la soupape anti-retour 12 se trouve un humidificateur de gaz respiratoire 38, monté dans la conduite de gaz respiratoire 7, conformé en humidificateur chauffé électriquement, au moyen duquel l'air respiré est adapté à la physiologie du patient 6. REVENDICATIONS 1. Dispositif comprenant un détecteur de gaz destiné à mesurer un composant de gaz respiratoire dans une conduite de gaz respiratoire qui, par l'intermédiaire d'un dispositif de transport de gaz respiratoire, est reliée à une conduite d'alimentation en gaz destinée au gaz respiratoire, et comprenant une conduite de dérivation s'étendant de la conduite de gaz respiratoire à la conduite d'alimentation en gaz, caractérisé en ce qu'est prévue, parallèlement à la conduite de dérivation (11), une première conduite pour le gaz mesuré (23) comprenant une première cellule de mesure électrochimique (28) servant de détecteur de gaz, en ce qu'est prévu, dans la série de conduites de la première conduite pour le gaz mesuré (23), entre la première cellule de mesure électrochimique (28) et la conduite de gaz respiratoire (7), un premier point d'étranglement (26), en ce qu'un premier capteur de pression (29) est monté du côté aval de la première cellule de mesure électrochimique (28), et en ce qu'un point d'embouchure (25), pour la première conduite pour le gaz mesuré (23), est prévu dans la conduite d'alimentation en gaz (5), en remontant le courant de la conduite de dérivation (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une deuxième conduite pour le gaz mesuré (24) comportant une deuxième cellule de mesure électrochimique (31) s'étend entre la conduite de gaz respiratoire (7) et le point d'embouchure (25), et en ce qu'un deuxième point d'étranglement (30) est situé en amont de la deuxième cellule de mesure électrochimique (31). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'est prévu un deuxième capteur de pression (36), mesurant la pression atmosphérique et en ce qu'une valeur de correction destinée au premier capteur de pression (29) est formée à partir de la valeur mesurée par le deuxième capteur de pression (36). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un point d'embranchement (22) des conduites pour le gaz mesuré (23, 24) , dans la conduite de gaz respiratoire (7) est situé en amont d'une ouverture d'évacuation (37) présente dans la conduite de dérivation (11). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un commutateur (27) est monté dans la première conduite pour le gaz mesuré (23), de telle sorte que la première cellule de mesure électrochimique (28) soit susceptible d'être reliée à une source de gaz de calibrage (19).