Brevet FR2816049A1 — publié le 20020503

L'invention porte sur un procédé pour déterminer ou mesurer le débit d'un gaz sous pression délivré par une turbine et l'application de ce procédé dans un appareil d'assistance respiratoire médicale. Lorsqu'il est nécessaire de connaître précisément les cycles respiratoires d'un patient, il est d'usage d'utiliser le débit de gaz respiratoire, en forme et en amplitude, envoyé au patient au moyen d'un appareil d'assistance respiratoire équipé d'une ou plusieurs turbines servant à capter de l'air atmosphérique puis à le comprimer jusqu'à une pression souhaitée suffisante pour ventiler efficacement le patient, par exemple à un niveau tel qu'il permette de maintenir ouvertes les voies aériennes du patient et de connaître le volume courant que le patient a respiré. Actuellement, dans les appareils existants, la mesure du débit de gaz délivré par la turbine se fait habituellement en aval de la turbine à l'aide de différentes techniques, par exemple : - par mesure de perte de charge dont l'inconvénient majeur est l'imprécision vers les bas débits. Le principe de cette technique est de mesurer la perte de charge aux bornes d'un orifice calibré en fonction du débit. - par mesure par un fil chaud dont l'inconvénient majeur est la fragilité. Ce principe est utilisé dans la plupart des respirateurs actuels et il est basé sur l'échange thermique entre un fil chaud porté à 300 C et le fluide. - par un capteur à ultrasons qui envoie, via un émetteur, une onde sonore vers un récepteur au travers du fluide à mesurer. Le déphasage de l'onde à la réception est représentatif de l'image du débit. Cette technique est difficile à mettre en oeuvre de par l'influence de la température et est donc très peu utilisé dans les respirateurs. - par le principe de Pitot qui est basé sur une mesure de la vitesse du fluide en mesurant la pression dynamique de ce fluide. Ce système est très lourd à utiliser et il convient surtout pour les débits très important. De là, le problème qui se pose est que la détection ou mesure du débit du gaz délivré par une turbine réalisée selon l'art antérieur n'est pas toujours possible, parfois peu fiable et difficile ou peu pratique à mettre en oeuvre. Le but de l'invention est alors d'améliorer les procédés de mesure de débit du gaz délivré par une turbine. L'invention concerne alors un procédé pour déterminer le débit d'un fluide délivré par une turbine ayant au moins une entrée de fluide par laquelle entre le fluide dans la turbine et au moins une sortie de fluide par laquelle le fluide est délivré par la turbine, dans lequel : (a) on détermine au moins une valeur de pression d'aspiration (Pas) de la turbine au niveau de l'entrée de fluide, (b) on détermine à partir de la valeur de pression d'aspiration (Pas) de l'étape (a) au moins une valeur de débit (Q) du fluide délivré en sortie de turbine. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - à l'étape (a), la détermination d'au moins une valeur de pression d'aspiration (Pas) se fait au moyen d'au moins un capteur de pression différentiel. - on utilise un capteur de pression différentiel dont le port négatif est relié à l'entrée de la turbine et dont le port positif est relié à la pression atmosphérique. - à l'étape (b), la valeur de débit de fluide (Q) du gaz délivré par la turbine est calculée en multipliant la valeur de pression d'aspiration (Pas) de l'étape (a) par un coefficient (K) représentatif de la forme géométrique l'entrée de la turbine. - Pas est comprise entre 0 cm H2O et-20 cm H20, en fonction de la puissance de la turbine, - Q est compris entre 0)/min et 200 I/mn, en fonction de la puissance. - K une valeur de 10 I/mn/cm H20 (litres par minute par cm d'eau). - le fluide est un gaz. L'invention porte aussi sur un dispositif pour délivrer un fluide sous pression comprenant au moins une turbine ayant au moins une entrée de fluide par laquelle entre le fluide dans la turbine et au moins une sortie de fluide par laquelle le fluide est délivré par la turbine, comprenant - des moyens de mesure de pression d'aspiration (Pas) de la turbine permettant de déterminer au moins une valeur de pression d'aspiration (Pas) de la turbine au niveau de l'entrée de fluide, et - des moyens de calcul de débit (Q) du fluide délivré en sortie de turbine permettant de déterminer au moins une valeur de débit (Q) du fluide délivré en sortie de turbine, lesdits moyens de calcul de débit (Q) du fluide coopérant avec lesdits moyens de mesure de pression d'aspiration (Pas). Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les moyens de mesure de pression d'aspiration (Pas) de la turbine sont choisis parmi les capteurs de pression différentiels. - le port négatif du capteur de pression différentiel est relié à l'entrée de la turbine et le port positif dudit capteur est relié à la pression atmosphérique. Selon encore un autre aspect, l'invention concerne aussi un appareil médical comprenant un dispositif selon l'invention, en particulier choisi parmi les respirateurs médicaux ou les appareils de traitement du sommeil. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif mais non limitatif, en références à la figure annexée. La figure annexée représente le principe de fonctionnement d'une turbine selon l'invention. Plus précisément, on voit une turbine 1 comprenant une entrée 2 pour le gaz à comprimer, tel de l'air atmosphérique, et une sortie 3 pour le gaz comprimé à l'intérieur de la turbine 1. La turbine 1 est de conception classique, à savoir qu'elle comprend un moteur électrique permettant d'actionner des pales servant à aspirer le gaz par l'intermédiaire de l'entrée 2 de gaz et à expulser le gaz après élévation de sa pression par la sortie 3 de gaz. Une turbine de ce type est par exemple celle disponible dans le commerce auprès des sociétés PAPST ou AMETEC. Selon l'invention, la mesure du débit fourni par la turbine 1 en sortie 3 de turbine se fait par détermination ou mesure de la pression ou du débit de gaz entrant dans la turbine 1, c'est-à-dire du côté de l'entrée 2 de gaz. Le débit en 2 est aspiré, alors que le débit en 3 est refoulé par la turbine. Au refoulement, le débit et la pression ne sont pas directement linéaires. Dès lors, l'exploitation de la pression générée est plus difficile à réaliser, alors qu'il est plus aisé de mesurer le débit à l'aspiration car ce débit et la dépression sont eux directement linéaires. En effet, ces différents paramètres sont reliés par la relation : Q = K x Pas où : - Q est le débit de gaz rentrant ou délivré par la turbine puisque, dans une turbine, le débit rentrant est approximativement égal au débit sortant. - Pas est la dépression en-cm H20. - K est un coefficient qui dépend de la forme géométrique de l'entrée d'aspiration de la turbine et qui peut être mesuré par l'homme du métier (exprimé en I/mn/cm H20). La mesure de ce paramètre est effectué en utilisant un débitmètre de gaz et un manomètre. K est, en fait, le coefficient de la courbe linéaire Q=f (Pas). De là, lorsque la turbine 1 délivre un débit (Q) non nul en sortie 3 de turbine, alors cela se traduit par une dépression proportionnelle du côté de l'entrée 2 de la turbine puisqu'un flux de gaz s'établit obligatoirement entre l'entrée 2 et la sortie 3. La dépression est maximale pour un débit de turbine maximal. A l'inverse, lorsque la turbine 1 délivre un débit nul en sortie 3 de turbine, alors cela se traduit par une absence de dépression du côté de l'entrée 2 de la turbine puisque aucun flux de gaz ne s'établit alors entre l'entrée 2 et la sortie 3. Pour obtenir une mesure exacte de la dépression d'aspiration (Pas), on utilise préférentiellement un capteur de pression différentiel 4 dont le port négatif 5 est relié à l'entrée 2 de la turbine et dont le port positif 6 est relié à la pression atmosphérique. Selon l'invention, le fait de déterminer le débit du gaz délivré par la turbine à partir de la dépression d'aspiration (Pas) en forme et en amplitude (dans le cas de l'apnée du sommeil, c'est surtout la forme du débit qui est intéressante) permet de connaître exactement le débit et le volume respiratoire et en déduire les troubles respiratoires. L'invention présente l'avantage d'être de mise en oeuvre aisée puisqu'elle consiste essentiellement en un simple piquage de la prise pression au niveau de l'aspiration de la turbine. La présente invention n'est pas limitée au domaine médical mais peut être appliquée à toute turbine pour laquelle il convient de connaître précisément le débit de gaz ou de fluide qu'elle délivre. Revendications 1. Procédé pour déterminer le débit d'un fluide délivré par une turbine (1) ayant au moins une entrée (2) de fluide par laquelle entre le fluide dans la turbine et au moins une sortie (3) de fluide par laquelle le fluide est délivré par la turbine, dans lequel : (a) on détermine au moins une valeur de pression d'aspiration (Pas) de la turbine au niveau de l'entrée (2) de fluide, (b) on détermine à partir de la valeur de pression d'aspiration (Pas) de l'étape (a) au moins une valeur de débit (Q) du fluide délivré en sortie (3) de turbine (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape (a), la détermination d'au moins une valeur de pression d'aspiration (Pas) se fait au moyen d'au moins un capteur de pression différentiel. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise un capteur de pression différentiel (4) dont le port négatif (5) est relié à l'entrée (2) de la turbine et dont le port positif (6) est relié à la pression atmosphérique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape (b), la valeur de débit de fluide (Q) du gaz délivré par la turbine est calculée en multipliant la valeur de pression d'aspiration (Pas) de l'étape (a) par un coefficient (K) représentatif de la forme géométrique l'entrée (2) de la turbine (1). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que : -Pas est comprise entre 0 cm H20 et-20 cm H20, en fonction de la puissance de la turbine, et - Q est compris entre 0 limn et 200 I/mn, en fonction de la puissance. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide est un gaz. 7. Dispositif pour délivrer un fluide sous pression comprenant au moins une turbine (1) ayant au moins une entrée (2) de fluide par laquelle entre le fluide dans la turbine et au moins une sortie (3) de fluide par laquelle le fluide est délivré par la turbine, comprenant - des moyens de mesure de pression d'aspiration (Pas) de la turbine permettant de déterminer au moins une valeur de pression d'aspiration (Pas) de la turbine au niveau de l'entrée (2) de fluide, et - des moyens de calcul de débit (Q) du fluide délivré en sortie (3) de turbine (1) permettant de déterminer au moins une valeur de débit (Q) du fluide délivré en sortie (3) de turbine (1), lesdits moyens de calcul de débit (Q) du fluide coopérant avec lesdits moyens de mesure de pression d'aspiration (Pas). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de mesure de pression d'aspiration (Pas) de la turbine sont choisis parmi les capteurs de pression différentiels. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le port négatif (5) du capteur de pression différentiel (4) est relié à l'entrée (2) de la turbine et le port positif (6) dudit capteur (4) est relié à la pression atmosphérique. 10. Appareil médical caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une des revendications 7 à 9. 11. Appareil médical selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est choisi parmi les respirateurs médicaux ou les appareils de traitement du sommeil.