Brevet FR2808207A1 — publié le 20011102

DISPOSITIF DE CONTROLE D'APPAREILS D'ASSISTANCE RESPIRATOIRE ET SYSTEME DE CONTROLE COMPRENANT UN TEL DISPOSITIF L'invention se rapporte au domaine technique des dispositifs de contrôle d'appareils d'assistance respiratoire. Par appareils d'assistance respiratoire, on désigne ici les appareils permettant d'insuffler des gaz respirables à un patient, tels que de l'air ou de l'air enrichi oxygène ou un gaz de traitement, ces appareils étant type comprenant source de gaz qui alimente le patient au travers circuit inspiratoire, et des moyens de commande de la pression et du débit gaz insufflés. Sont visés notamment les appareils respiratoires appelés respirateurs, de type volumétriques ou manométriques, qui sont équipés d'une source de gaz et ne sont pas reliés à une alimentation extérieure en gaz sous pression. Les appareils d'assistance respiratoire permettent différents modes de ventilation : ventilation contrôlée VC, ventilation assistée contrôlée VAC, relaxateur pression RP, ventilation assistée contrôlée intermittente VACI. De tels appareils sont notamment commercialisés par les sociétés suivantes - Nellcor-Puritan Bennett (extracteurs et respirateurs à pression positive intermittente Companion, relaxateurs de volume OnyxPlus, respirateurs à pression positive continue Morphée) ; - Saime (respirateurs à pression positive intermittente et relaxateurs de volume ou ventilateurs volumétriques Eole, Venfial), ; - Taema (respirateurs à pression positive intermittente et relaxateurs de volume MonnalD, DCC, respirateur à pression positive continue CP90 95; ventilation nasale à deux niveaux de pression DP90, 95) ; - Sebac (relaxateurs de pression Portabird) ; - Rescare (respirateurs à pression positive continue Sullivan V, V Elite) ; - Respironics (respirateurs à pression positive continue Aria, Virtuoso, ventilation nasale à deux niveaux de pression BiPAP S, ventilateur barométrique Respicare) - Healthdyne (respirateurs à pression positive continue Trançuillity) ; Draëger Medical (respirateurs à pression positive intermittente EV800) ; Bio MS (respirateurs à pression positive intermittente Airox Home) ; Lifecare (respirateurs à pression positive intermittente PLV1 Pour des exemples de structure interne de tels appareils d'assistance respiratoire, on peut se reporter aux documents suivants . demandes de brevet en France publiées sous les numéros 2 547,2674 133,2 837, 2 725 137, 2 727 022, 2 727 023, 2 732 606, 2 607,2733 688,2 017 ; . demandes de brevet européen publiées sous les numéros 317 417, 425 092, 714 670, 839 545 ; . demandes internationales de brevets publiées sous les numéros 87I00061, 87 1 00319, 89I00872, 89 1 10768, 89 1 10771, 92111054, 93I02730, 93I08857, 93I24169, 94I06499, 96I04043, 96I09847, 97l02064, 98141270, 99I13932. tels appareils sont employés, tant en milieu hospitalier ' domicile, pour ventilation assistée à embout buccal ou bien par canule trachéotomie ou par voie nasale. Les applications de ces appareils sont variées et comprennent notamment l'assistance respiratoire plus ou moins complète, le traitement du syndrome d'apnée du sommeil par pression positive continue, l'anesthésie ou la réanimation et les secours d'urgence. Certains de ces appareils d'assistance respiratoire sont présents sur le marché depuis de nombreuses années. C'est le cas par exemple du respirateur Monnal D, dont la première version est apparue en 1978 ou de l'Eole apparu en 1987. Compte tenu des risques liés à un mauvais fonctionnement de ces appareils, seuls quelques-uns uns d'entre eux bénéficient d'un agrément, dans chaque pays. Cet agrément est assorti d'un contrôle, pouvant donner lieu au retrait du marché ou à l'interdiction d'utilisation. Ainsi, pour la France, la loi 94-43 du 18 janvier 1994, transposition d'une réglementation européenne, prévoit dans son article L665.5 que si un dispositif risque de compromettre la santé ou la sécurité des patients, des utilisateurs ou des tiers, alors même qu'il est utilisé conformément à sa destination, correctement mis en service et entretenu, l'autorité administrative peut ordonner retrait du marché, interdire ou restreindre sa mise sur le marché ou sa mise service, cette restriction pouvant consister notamment à fixer des conditions relatives à l'utilisation du dispositif ou à la qualification du personnel chargé de cette utilisation. Certains appareils d'assistance respiratoire à domicile ont fait d'ailleurs l'objet d'interdictions d'utilisation, par suite d'incidents graves, ces interdictions n'ayant étés levées qu'après expertise visant à déterminer les causes des incidents. Ont ainsi pu être observés, dans un certain nombre de cas, dé- paramétrage, une réinitialisation intempestive, ou un arrêt inopiné de quelques appareils, et ceci bien qu'ils soient pourvus de nombreuses alarmes, en particulier pour les paramètres suivants : haute et basse pression, apnée en VAC1, volume expiré, concentration en oxygène maxi et mini, défaut d'alimentation secteur, décharge des batteries internes, surchauffe de l'humidificateur. La plupart des incidents observés donnent lieu au déclenchement d'une alarme sonore, mais la défaillance d'alarmes a été observée pour certains incidents. De tels incidents peuvent être particulièrement graves lors de l'emploi, notamment à domicile, de respirateurs pour des patients ayant faible autonomie respiratoire. Les constructeurs d'appareils d'assistance respiratoire ont constamment amélioré leur produit et services de sorte à réduire au minium les risques de tels incidents. Les inventeurs ont cependant observé qu'il existe une demande, non clairement formulée, pour un dispositif de contrôle fiable d'appareils d'assistance respiratoire. Un tel dispositif viendrait notamment rassurer les utilisateurs leur entourage, avant toute utilisation ou lorsqu'un dysfonctionnement est craint, par exemple suite à une coupure d'alimentation électrique, un choc le respirateur ou la chute de celui-ci. Un tel dispositif viendrait également renforcer la tranquillité des utilisateurs, lors de son emploi par un technicien au cours de visites de contrôle régulières. Un des objets de l'invention est de fournir un dispositif du type présenté ci dessus, ce dispositif étant peu onéreux, simple d'emploi, portable et autonome. A cette fin, l'invention se rapporte, selon un premier aspect, à un dispositif de contrôle d'appareils d'assistance respiratoire, comprenant un ensemble capteur pourvu d'un premier et d'un deuxième port d'entréelsortie de gaz, le premier port étant destiné à être connecté aux orifices d'entréelsortïe de l'appareil d'assistance respiratoire à tester, le deuxième port étant destiné à être connecté à un poumon test , ce dispositif étant caractérisé en ce que l'ensemble capteur comprend un capteur de débit massique, un détecteur de sens de flux et un capteur de pression relative. Par poumon test , on désigne ici un appareil permettant de simuler la présence des poumons d'un patient. Selon une caractéristique particulière, le capteur de débit est de capteur de débit massique à fil chaud, le détecteur de sens de flux de comprenant également un fil chaud. L'invention se rapporte, selon un deuxième aspect, à un système autonome de contrôle d'appareil d'assistance respiratoire, ledit système incorporant un dispositif tel que présenté ci dessus, ledit système comprenant les éléments suivants - un poumon test ; - un boîtier de commande, pouvant tenir dans une seule main ; - un ensemble capteur du type présenté ci dessus ; - le cas échéant, une unité centrale pour le traitement immédiat ou différé des données issues de l'ensemble capteur, cette unité centrale étant exemple celle d'un ordinateur de type PC ou portable; - câbles électriques pour la connexion entre le boîtier et l'unité centrale pour la connexion entre le boîtier et l'ensemble capteur; - tuyaux sensiblement étanches aux gaz test pour la connexion entre l'ensemble capteur et l'appareil d'assistance respiratoire à tester d'une part, et le poumon test d'autre part. Dans une variante de réalisation, l'ensemble capteur et le boîtier de commande sont mécaniquement associés, de manière éventuellement réversible, de sorte à former un bloc compact. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation, description qui va être réalisée en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'ensemble du dispositif, en position d'utilisation ; - la figure 2 un synoptique du mode de fonctionnement du dispositif représenté en figure ; - la figure 3 vue en coupe longitudinale de l'ensemble capteur; - la figure 4 vue en coupe partielle, selon le plan IV-IV de la figure 3; - la figure 5 est une vue en perspective simplifiée de l'ensemble détecteur représenté en figure ; - la figure 6 un synoptique électrique pour le capteur de sens de flux compris dans l'ensemble capteur de la figure 3. On se rapporte tout d'abord à la figure 1. Le respirateur à tester 1, de type conventionnel, est représenté de manière schématique sur cette figure 1. Il comprend au moins deux orifices 2,3, pour l'entrée et la sortie de gaz respirables. Un ensemble tuyaux flexible 4, sensiblement étanche aux gaz, pourvu d'un branchement Y, relie les deux orifices 2,3 à un premier port d'entrée/sortie 5 d'un ensemble capteur 6. L'ensemble capteur 6 comprend un deuxième port d'entrée/sortie 7 sur lequel est branche un tuyau flexible 8 sensiblement étanche aux gaz débouchant dans poumon test . Ce poumon test 9 est par exemple du type commercialisé par la société Siemens sous la dénomination Test lung 190. Le dispositif contrôle ne rentre pas dans la catégorie des appareils de monitorage et n'est destiné à effectuer des tests sur un respirateur connecté à un patient. La présence des poumons du patient est simulée lors des mesures par le poumon test . L'ensemble capteur 6 est relié, par un cordon électrique 10, à un boîtier 11 de commande, pourvu de touches de commandes 12 et d'au moins un écran d'affichage 13. Ce boîtier de commande 11 peut être pourvu d'accumulateurs électriques lui conférant une autonomie, par exemple de quelques heures en veille ou en fonctionnement. Cette autonomie électrique est déterminée, ainsi qu'il est connu en soi, par le type d'accumulateur utilisé, et l'emplacement disponible pour cet accumulateur, fonction de la taille du boîtier. Dans un mode de réalisation, le boîtier 11 est de dimensions telles qu'il tient dans une seule main. Un adaptateur 14 peut permettre, le cas échéant un branchement du boîtier 11 sur le secteur. Le cas échéant, une unité centrale 15 d'un ordinateur 16 est reliée, par exemple par un câble 17 série RS232, au boîtier de commande 11. L'ordinateur 16 est avantageusement de type portable. On se rapporte maintenant à la figure 2. L'ensemble capteur 6 comprend un capteur de débit massique18, un détecteur de sens de flux 19, un capteur de pression relative 20. Les signaux issus des capteurs 18,20 et du détecteur 19 sont adresses à un premier microcontrôleur 21 apte à assurer les fonctions suivantes - linéarisation du débit; - compensation thermique du débit; - calcul du volume moyen de gaz par minute ; - mise à l'échelle des pressions; mesure du temps d'inspiration et d'expiration et calcul du rapport inspiration/expiration. données brutes issues du premier microcontrôleur 21 sont envoyées vers deuxième microcontrôleur 22, apte à assurer les fonctions suivantes sélection des paramètres à afficher, en fonction des touches 1 du boîtier 11 actionnées par l'utilisateur ; - affichage des paramètres sélectionnés sur l'écran 13 ; - calcul du volume courant et de la fréquence respiratoire ; - mesure de la pression résiduelle de fin d'expiration. L'ensemble capteur 6 et le premier microcontrôleur 21 sont reliés par une électronique d'interface 23 et un convertisseur analogique/numérique 24. Le premier microcontrôleur 21 et le deuxième microcontrôleur 22 sont logés dans le boîtier de commande 11. Les données issues du premier microcontrôleur 21 sont envoyées à l'unité centrale 15 ce qui permet leur mémorisation, pour un traitement sur le lieu d'intervention ou ultérieur au contrôle de l'appareil d'assistance respiratoire. A la de chaque contrôle d'appareils d'assistance respiratoire 1, un rapport de contrôle peut être imprimé, à destination des utilisateurs de l'appareil, ou du constructeur de d'appareil d'assistance respiratoire. Le échéant, les données de ce rapport peuvent etre adressées par modem tout autre dispositif de télécommunication, vers service distant du lieu de contrôle de l'appareil, par exemple un service technique hot line . Par différents programmes informatiques, il est également possible de visualiser les courbes de débit, de pression, ou de volume. Un historique des anomalies détectées pour chaque type d'appareils peut, le cas échéant, être stocké dans une mémoire centrale de l'ordinateur. On se rapporte maintenant à la figure 3. L'ensemble capteur 6 comprend un corps principal 25 d'axe 26, présentant une symétrie générale par rapport à un plan transversal P sensiblement perpendiculaire à l'axe 26. Le premier et le deuxième port 5,7 de l'ensemble capteur 6 sont formés par deux parties extrêmes 27,28 cylindriques d'axe 26, dont les ouvertures respectives 30 sont sensiblement identiques. Une grille transversale 31,32 est maintenue au droit des ouvertures 29,30, sur épaulement annulaire 33,34, ménagé sur la face interne des parties extrêmes 27,28. Le corps principal 25 comprend un conduit central traversant 35 d'axe 26, de diamètre sensiblement constant. Partant du premier port 5 et se dirigeant suivant l'axe 26 vers le deuxième port 7, on rencontre - une pièce formant masque 36 ; - une première plaque porte fil 37 pour la détection du sens de flux gazeux-, - une sonde de température 38 ; - une deuxième plaque porte fil 39 pour la mesure du débit de flux gazeux. Ainsi apparaît en figure 5, le masque 36 et la premiere plaque porte fil 37 sont montés entre une première pièce d'extrémité de l'ensemble capteur 6 et pièce 41 supportant la sonde de température De meure, la deuxième plaque porte fil 39 est monté entre une deuxième pièce d'extremité 42 et ladite pièce porte sonde de température 41. Des joints toriques 45 sont placés de part et d'autre de la deuxième plaque porte 39 et viennent se loger dans des épaulements annulaires 46 prévus à cette sur les parois internes cylindriques de la pièce porte sonde 41 et de la deuxième pièce d'extrémité 42. De même, des joints toriques 43 sont placés de part et d'autre de l'ensemble formé par le masque 36 et la première plaque porte fil 37, et viennent se loger dans des épaulements annulaires 44 prévus cette fin sur les parois internes cylindriques de la pièce porte sonde 41 et de première pièce d'extrémité 40. Les joints toriques n'obturent pas l'ouverture du conduit central 35. Pour ce faire, dans le mode de réalisation considéré, le petit diamètre des joints toriques 43,45 est légèrement supérieur au diamètre interne du conduit central 35 de l'ensemble capteur 6 et ces joints sont montés de révolution autour de l'axe 26. La mesure de débit est obtenue par le débitmètre massique à fil chaud comprenant le transversal 47 porté par la deuxième plaque porte fil 39. Le sens flux de gaz est déterminé par un second fil chaud transversal 48 porté par la première plaque porte fil 37, par la soustraction entre le signal fourni par ce second fil chaud 48 et le signal fourni par le premier fil chaud 47. Les deux fils chauds transversaux sont disposés suivant deux directions sensiblement radiales et orthogonales et s'étendent sensiblement sur tout le diamètre interne du conduit central 35. Le masque 36 est de forme et emplacement tel que le premier fil chaud 48 est, dans un seul des deux sens possibles de flux de gaz au travers du conduit central 35, protégé du contact direct avec ce flux de gaz. Dans la réalisation représentée, ce masque 36 comprend une pièce profilée en U à ouverture tournée vers le premier port 5, les deux ailes de ce profilé étant sensiblement parallèles au second fil chaud 48. La base 51 de la pièce 50 profilee en U est montée solidaire sur une bande 52 transversale, disposée suivant un diamètre du conduit central 35, cette bande support étant portée par collier transversal 53. La figure montre le synoptique électrique du détecteur de sens. Les deux fils chauds 47,48 sont disposées chacune dans deux sous circuit analogues 51,52, aboutissant chacun à l'entrée d'un circuit de clampage et de mise en forme du signal 53,54. Les deux signaux issus de ces circuits de clampage et de mise en forme 53,54 passent dans un soustracteur 55. Le signal issu du soustracteur est ensuite seuillé, donnant ainsi le sens d'écoulement du gaz dans le conduit central 35. Les fils chauds 47,48, portés par effet Joule à une température supérieure à la température du gaz test en écoulement dans le conduit central 35, donnent lieu à un échange de chaleur par convection. Cet échange fonction des propriétés physiques du gaz, de sa vitesse et de l'écart de température entre les fils chauds 47,48 et ce gaz. Pour les fils 47,48, on peut utiliser du platine ou du tungstène, de diamètre de l'ordre de 0,5 microns à quelques dizaines de microns. Dans le mode de réalisation représenté, le montage est de type à température constante. Les circuits 51 et 52 compensent la perte calorifique des fils par suite de la circulation du flux gazeux, de façon à maintenir constante la température des fils. Un circuit de compensation d'inertie thermique 56 est prévu. Dans d'autres modes de réalisation, non représentés, au moins un des fils 47,48 est remplacé par une sonde à plusieurs fils permettant de détecter des fluctuations de vitesse du flux gazeux traversant la conduite centrale. Le montage des fils 47,48 est effectué à température constante, ces fils formant par exemple l'une des branches d'un pont de Wheatstone. Pour tenir compte de la distribution de vitesse de gaz suivant le rayon de la conduite centrale 35, dans certains modes de réalisation, les fils chauds sont soit positionnés suivant un angle variable par rapport à l'axe 26 du conduit central 35, soit présentent des épaisseurs différentes autour de cet axe 26, les sections de plus grande épaisseur se trouvant le plus près de la paroi du conduit central 35. Les dispositifs de contrôle appareils d'assistance respiratoire qui viennent d'être décrits sont légers, autonomes, fiables, et de manipulation simple, de sorte qu'ils forment des outils idéaux pour un emploi sur les lieux d'utilisation des respirateurs à contrôler. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle d'appareils d'assistance respiratoire, comprenant un ensemble capteur (6) pourvu d'un premier et d'un deuxième port (5,7) d'entré/sortie de gaz, le premier port (5) étant destiné à être connecté aux orifices d'entrée/sortie (2,3) de l'appareil d'assistance respiratoire à tester (1), le deuxième port (7) étant destiné à être connecté à un poumon test (9), ce dispositif étant CARACTERISE en ce que l'ensemble capteur (6) comprend un capteur de débit massique (18), un détecteur de sens de flux (1 et un capteur de pression relative (20). 2. Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caracterisé en ce qu'il comprend un premier microcontrôleur (21) recevant les signaux issus des capteurs (18,20) et du détecteur (19), ce premier microcontrôleur (21) étant apte assurer les fonctions suivantes - linéarisation du débit ; - compensation thermique du débit; - calcul du volume moyen de gaz par minute; - mise à l'échelle des pressions; - mesure du temps d'inspiration et d'expiration et calcul du rapport inspirationlexpiration. 3. Dispositif de contrôle selon la revendication 2, caracterisé en ce qu'il comprend un deuxième microcontrôleur (22) et un boîtier pourvu d'un clavier de commande (12) et d'au moins un écran de visualisation (13), ce deuxième microcontrôleur (22) recevant les données brutes issues du premier microcontrôleur (21), et étant apte à assurer les fonctions suivantes - sélection des paramètres à afficher sur l'écran (13) du boîtier (11), en fonction des signaux reçus du clavier de commande (12) ; - affichage des paramètres sélectionnés sur l'écran (13) ; - calcul du volume courant et de la fréquence respiratoire - mesure de la pression résiduelle de fin d'expiration. 4. Dispositif de contrôle selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce l'ensemble capteur (6) et le premier microcontrôleur (21) sont reliés par une electronique d'interface (23) et un convertisseur analogique/numérique (24). 5. Dispositif de contrôle selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le premier microcontrôleur (21) et le deuxième microcontrôleur (22) sont logés dans ledit boîtier (11). 6. Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'ensemble capteur (6) comprend un corps principal (25) d'axe (26), le premier et le deuxième port (5,7) de l'ensemble capteur (6) étant formés par deux parties extrêmes (27,28) cylindriques d'axe (26), le corps principal (25) comprenant un conduit central (35) d'axe (26), de diamètre sensiblement constant. 7. Dispositif de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur de débit (18) est de type capteur de débit massique à fil chaud. 8. Dispositif de contrôle selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le détecteur (1 de sens de flux de gaz comprend un fil chaud. 9. Dispositif contrôle selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce partant du premier port (5) et se dirigeant suivant l'axe (26) vers le deuxième (7), on rencontre - un masque (36) ; - une première plaque porte fil chaud (37) pour la détection du sens de flux gazeux; - une sonde température (38) ; - une deuxieme plaque porte fil chaud (39) pour la mesure du débit de flux gazeux. 10. Dispositif de contrôle selon la revendication 9, caractérisé en ce que le masque (36) et la première plaque porte fil chaud (37) sont montés entre une première pièce d'extrémité (40) de l'ensemble capteur (6) et une pièce (41) supportant la sonde température (38) ; le deuxième collier porte fil chaud (39) étant monté de même entre une deuxième pièce d'extrémité (42) et ladite pièce porte sonde de temperature (41). 11. Dispositif de contrôle selon la revendication 10, caractérisé en ce que des joints toriques (45) sont placés de part et d'autre de la deuxième plaque porte fil chaud (39) viennent se loger dans des épaulements annulaires (46) prévus à cette fin les parois internes cylindriques de la pièce porte sonde (41) et de la deuxieme pièce d'extrémité (42) ; des joints toriques (43) étant de même placés de et d'autre de l'ensemble formé par le masque (36) et la première plaque porte fil chaud (37) et venant se loger dans des épaulements annulaires (44) prévus à cette fin sur les parois internes cylindriques de la pièce porte sonde (41) et de la première pièce d'extrémité (40). 12. Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications à 11, caractérisé en ce que les deux fils chauds (47,48) supportés par plaques (37,39)sont disposés transversalement suivant deux directions sensiblement radiales et orthogonales et s'étendent sensiblement sur tout le diamètre interne du conduit central (35). 13 Dispositif de contrôle selon la revendication 12, caractérisé en ce que le masque (36) est de forme et emplacement tels que le premier fil chaud (47) est dans un seul des deux sens possibles de flux de gaz au travers du conduit central (35), protégé du contact direct avec ce flux de gaz, ce masque (36) comprenant une pièce profilée en U (50) à ouverture tournée vers le premier (5), les deux ailes de ce profilé étant sensiblement parallèles au second fil chaud (48), la base (51) de la pièce (50) profilée en U étant montée solidaire sur bande (52) transversale, disposée suivant un diamètre du conduit central (35), cette bande support (52) étant portée par un collier transversal (53). 14. Dispositif de contrôle selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que les deux fils chauds (47,48) sont disposés chacun dans deux sous circuit électriques analogues (51,52), aboutissant chacun à l'entrée d'un circuit clampage et de mise en forme du signal (53,54), les deux signaux issus de circuits de clampage et de mise en forme (53,54) passant dans un soustracteur (55), le signal issu du soustracteur étant ensuite triggé, le signal final obtenu indiquant le sens d'écoulement du gaz dans le conduit central (35). 15. Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les fils (47,48) sont des fils de platine ou tungstène, de diamètre de l'ordre de 0,5 microns à quelques dizaines microns. 16. Système autonome de contrôle d'appareil d'assistance respiratoire, ledit système comprenant un dispositif tel que présenté dans l'une quelconque des revendications précédentes, ce dispositif étant relié à un poumon test , le boîtier (11) pourvu du clavier de commande (12) et de l'affichage (13), et contenant les microcontrôleurs (21,22) étant pourvu d'accumulateurs électriques, ledit système comprenant ainsi un poumon test (9) ; un boîtier de commande (11) ; un ensemble capteur (6) ; des câbles électriques pour la connexion entre le boîtier (11) et l'ensemble capteur (6) ; - des tuyaux sensiblement étanches aux gaz test pour connexion entre l'ensemble capteur et l'appareil d'assistance à tester d'une et le poumon test d'autre part.