Brevet FR2816820A1 — publié le 20020524

La présente invention concerne un appareil de mesure de débits respiratoires comprenant un pneumotachographe et une installation d'exploitation des données du pneumotachographe formé d'un tube de mesure dans lequel souffle le sujet. Un tel appareil est destiné à mesurer des débits respiratoires pour définir des caractéristiques ventilatoires pulmonaires d'un sujet. Il permet de déterminer les différents régimes respiratoires tels que : - le régime expiratoire forcé avec le débit expiratoire de pointe, la capacité vitale forcée, le volume expiratoire maximal par seconde, les débits expiratoires médians, - le régime expiratoire lent (capacité vitale lente, volume de réserve inspiratoire, fréquence respiratoire, débit respiratoire instantané moyen) - le régime inspiratoire. Ces différents paramètres sont utilisés par le milieu médical dans la plupart des pathologies broncopulmonaires obstructives mais aussi dans le dépistage et l'appréciation de l'aptitude à l'effort chez les sportifs de tous niveaux. Il existe actuellement plusieurs types de tels appareils de mesure encore appelés pneumotachographes. Ces appareils utilisent tous directement ou indirectement l'effet Venturi : dans un tube muni d'un rétrécissement. Lorsqu'on souffle dans le tube, il s'établit une différence de pression de part et d'autre du rétrécissement. Cette différence de pression est proportionnelle au carré de la vitesse de l'air. Mais l'application de ce principe est relativement délicate et imprécise pour le domaine concerné. Il est en particulier difficile de linéariser le signal produit. Ces défauts ont été corrigés par différentes techniques telles que celle appliquée par le pneumotachographe de FLEISH qui est le pneumotachographe de référence depuis de nombreuses années. Ce pneumotachographe comporte à l'intérieur du tube, une section alvéolaire en forme de structure en nids d'abeilles pour créer un écoulement relativement laminaire. La sortie de ce pneumotachographe est reliée à un capteur de pression par un tube d'une certaine longueur, transmettant le signal de pression. Le pneumotachographe est protégé par un filtre qui, pour éviter de créer une perte de charge gênante pour les mesures, est logé dans un réceptacle de grande section. Mais ce réceptacle avec son filtre constituent une pièce coûteuse qu'il faut remplacer après chaque patient puisque cette pièce ne peut se stériliser. Le pneumotachographe de FLEISH, outre qu'il constitue un appareil lourd, encombrant et coûteux, présente également des inconvénients d'utilisation car son temps de réponse est relativement grand et la transmission des signaux du pneumotachographe vers l'appareil de traitement et d'exploitation des signaux produit un lissage qui émousse certaines valeurs maximales qui seraient très intéressantes à exploiter. Enfin, l'encombrement et le poids de l'ensemble de l'appareil ne permettent pas d'envisager son utilisation comme installation portable. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de développer un appareil de mesure de débits respiratoires, simple et léger, de dimensions réduites, facile à manipuler, permettant de traiter une large gamme de mesure de débits et ne présentant pas de problème de stérilisation. A cet effet, l'invention concerne un appareil du type défini ci-dessus caractérisé par un capteur logé dans le tube de mesure et exposé au souffle traversant le tube, ayant - un palpeur en forme de languette portant une surface ac- tive exposée à l'écoulement du gaz dans le tube pour in- duire une force de résistance dans la languette en fonction de l'écoulement, - un transducteur recevant la force de résistance de la sur- face active pour la convertir en un signal électrique mise en forme par un circuit de traitement pour être transmis à l'installation d'exploitation des données. Le pneumotachographe selon l'invention permet de faire des mesures dans d'excellentes conditions de confort et d'hygiène pour le patient tout en obtenant des signaux de mesure de qualité meilleure reproduisant de manière plus fidèle la courbe de débit en fonction du temps que les signaux fournis par le pneumotachographe connu. Le pneumotachographe selon l'invention est léger et très maniable ; il peut facilement se combiner à un ordinateur portable et constituer un équipement portable. Les conditions d'hygiène des appareils connus sont égalées voire améliorées grâce à l'invention du fait de la suppression du filtre devenu inutile et de l'embout buccal jetable. Le tube de mesure se remplace et se stérilise très facilement. Enfin la suppression du filtre jetable, rend les mesures très peu coûteuses. Les embouts stérilisés sont de préférence conditionnés dans des emballages individuels. Ces emballages peuvent se couper du côté de l'embout à engager dans l'entrée du tube de mesure ; l'embout peut ainsi être mis en place de manière parfaitement hygiénique puisqu'il sera tenu par l'emballage et ce dernier ne sera enlevé qu'au moment de l'utilisation de l'embout par le patient. La précision des mesures est nettement améliorée grâce au très faible temps de réponse du pneumotachographe selon l'invention ; ce faible temps de réponse supprime le lissage de la partie significative au début de la courbe de débit. Selon une caractéristique avantageuse, la languette du capteur est flexible et le transducteur se compose de jauges de contraintes/extensions portées par la partie déformable élastiquement de la languette. Dans ces conditions, le seul élément venant dans le tube de mesure est la languette avec le transducteur et ses jauges de contraintes/extensions. De manière particulièrement avantageuse, la languette est en forme de triangle isoflexion ce qui facilite la linéarisation des signaux fournis par les jauges et réduit l'importance des calculs nécessaires pour linéariser le signal fourni par le transducteur. De façon avantageuse, le circuit de traitement est un montage en pont et le transducteur se compose d'au moins deux jauges de contraintes montées dans deux branches du pont. Ce montage est avantageusement complété par un détecteur de température situé à proximité de la surface ac- tive ou palpeur et venant à l'intérieur du tube pour être exposé l'action de l'air traversant le tube. De façon avantageuse, le tube de mesure comporte une entrée recevant un embout buccal amovible et un orifice transversal pour le capteur lui-même composé d'un support en forme de bouchon muni du circuit de traitement et relié à un câble de transmission ainsi qu'une languette fixée dans le support, le capteur étant logé dans l'orifice du tube par le support pour être positionné dans le passage de l'air dans le tube. Le détecteur de température permet de connaître la température précise de l'air au voisinage du palpeur pour en tenir compte dans l'exploitation des résultats de mesure. L'existence d'un détecteur de température est particulièrement importante car les mesures effectuées ont prouvé que l'air au voisinage du palpeur était souvent à une température nettement inférieure à celle de l'air expiré (par exemple une température d'une vingtaine de degrés). Or une telle différence de température par rapport à la température généralement acceptée, à savoir une température voisine de 370 pour l'air expiré, entraîne une correction importante du signal de mesure. Enfin de manière très intéressante, le pneumotachographe selon l'invention peut être équipé d'un circuit intégré avec une mémoire permettant d'utiliser ce pneumotachographe pour des essais prolongés, par exemple pour mesurer les caractéristiques respiratoires d'un athlète pendant un effort. Les signaux ainsi mémorisés pendant la prise de mesure, sont ensuite transmis par l'installation d'exploitation pour tracer les courbes de débit ou les courbes déduites de ces courbes de débit telles que la courbe de ventilation forcée donnant la capacité vitale forcée (CVF). Cette dernière courbe représente le débit en fonction du volume expiré et correspond ainsi à l'intégrale de la courbe de débit en fonction du temps. Ensuite les différentes courbes ainsi obtenues peuvent être exploitées et traitées selon les nécessités de l'examen médical. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre des courbes de débits respiratoires en fonction du temps avec en ordonnées, le débit et en ab- scisses le temps, - la figure 2 est une vue d'ensemble de l'appareil de mesure de débits respiratoires, - la figure 3 est une vue en coupe du pneumotachographe selon l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe éclatée correspondant à la figure 3, - la figure 5 est une vue en coupe à échelle agrandie du capteur de la figure 3, - la figure 6 est une vue en coupe du capteur de la figure 3 par un plan axial perpendiculaire au plan de la figure 3. La figure 1 montre deux courbes de débit en fonction du temps ; la courbe A est donnée par un pneumotachographe connu tel que le pneumotachographe FLEISH et la courbe B est celle obtenue à l'aide d'un pneumotachographe selon l'invention. Ces courbes sont tracées dans un système d'axes de coordonnées rectangulaires avec en abscisses le temps en centièmes de seconde et en ordonnées le débit en litres par minute. La courbe A présente une montée raide mais qui se termine rapidement par un maximum très émoussé. Au contraire la courbe B qui commence sa montée au même point sur l'axe des abscisses (le sujet mesuré est le même) mais donne un maximum beaucoup plus rapide et plus accentué. En aval de ce maximum, la courbe présente également différentes oscillations qui n'existent pas dans la courbe A puisque ces oscillations sont lissées. La comparaison de ces deux courbes montre que la courbe B traduit un temps de réponse nettement inférieur et une absence d'atténuation des variations du débit. Selon la figure 2, l'invention concerne un appareil de mesure de débits respiratoires composé d'un pneumotachographe 1 et d'une installation d'exploitation 2 recevant les données transmises par le pneumotachographe 1. Cette installation d'exploitation 2 se compose d'un ordinateur 21 avec un écran 20, un clavier 22 et une carte 23 dédiée à l'exploitation des données du pneumotachographe. Cette installation d'exploitation 2 permet d'enregistrer les données, de les afficher sur l'écran, de tracer des graphiques et de comparer les données à des données de référence pour tirer des conclusions médicales. L'équipement peut également être relié à une imprimante ou une table traçante pour tracer des courbes. L'installation d'exploitation 2 peut également être constituée par un ordinateur portable. La figure 3 montre de manière plus détaillée la structure du pneumotachographe selon l'invention. Ce pneumotachographe 1 se compose d'un tube de mesure 11 muni d'une entrée 12 recevant un embout buccal amovible 13 et une sortie 14. Le tube de mesure 11 comporte un orifice 15 en forme d'écoutille, pour le capteur 3. Ce capteur 3 se compose d'un support 31 portant un palpeur 32 en forme de languette portant à son extrémité une plaquette constituant une surface active 33. Le capteur 3 comporte également un transducteur 34 formé par plusieurs jauges de contraintes/extensions, fixées sur la languette 32 du palpeur pour réagir aux déformations subies par cette languette. En effet, selon un premier mode de réalisation, cette languette est déformable et se présente notamment sous la forme d'un triangle isoflexion qui facilite la linéarisation du signal de sortie du transducteur 34 et simplifie les calculs. L'entrée 12 du tube de mesure possède un diamètre égal au diamètre extérieur de l'embout 13, le diamètre intérieur de ce dernier et celui du tube 11 étant le même de fa- çon à ne pas créer de discontinuité, cause de turbulences dans l'écoulement. Cette différence de diamètre à l'entrée du tube 11 crée un épaulement 121 formant une butée limitant l'enfoncement de l'embout 13. La tenue de l'embout 13 dans le tube 11 se fait par simple serrage produit par une légère différence entre le diamètre extérieur de l'embout 13 et le diamètre intérieur de l'entrée 12. L'embout 13 est conditionné dans un emballage stérilisé qui s'ouvre ou se coupe à l'avant pour la mise en place de l'embout dans l'entrée 12 en tenant l'embout par son emballage. L'embout 13 est jetable. Le support 31 du capteur comporte un détecteur de température 35 ainsi qu'un circuit de traitement 36 recevant les signaux des jauges de contrainte 34 et du détecteur de température 35 pour traiter les signaux, les mettre en forme et les transmettre par le câble 37 à l'installation de traitement 2. La prise en compte de la température du gaz au niveau du transducteur 34, c'est-à-dire de l'endroit de l'action du gaz sur le palpeur est un élément très important pour la précision des mesures. Le capteur 3 se place avec son support 31 en forme de bouchon dans l'anneau 16 bordant l'orifice 15 du tube de mesure 11. Différents moyens d'étanchéité sont prévus pour protéger le circuit électronique 36 contre toute pénétration d'humidité. Lorsque le capteur 3 est installé dans l'orifice 15 du tube 11, la surface active 33 est située dans l'axe XX du tube 11 pour subir de manière aussi symétrique que possible l'action de l'écoulement à l'intérieur du tube de mesure 11. Cet écoulement engendre, par son passage sur la surface active 33, une force résistante proportionnelle au carré de la vitesse du fluide. Cette force agit sur le transducteur 34 en déformant la languette 32 du palpeur. Cette déformation est détectée par les jauges de contrainte 34. Le circuit 36 comporte de préférence un montage en pont dont font partie les jauges de contrainte du trans- ducteur 34 de façon à obtenir en sortie, un signal de différence. Le pneumotachographe tel que décrit ci-dessus peut être muni d'une poignée 17 pour faciliter sa tenue par le patient. La protection du patient est assurée par le remplacement de l'embout buccal 13 jetable et du tube de mesure 11 qui est stérilisable et se remplace. Le changement de tube de mesure 11 se fait après avoir extrait le capteur 3 simplement engagé de force dans l'orifice 15 du tube 11. L'extrémité du capteur 3 exposée au flux d'air aspiré/expiré par le patient peut se nettoyer et se stériliser par la simple immersion du palier 32. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le palpeur est un élément souple qui se déforme en fonction de l'action du fluide auquel il est soumis et cette déformation est détectée par les jauges de contraintes/extensions pour donner un signal électrique. Il est également possible d'utiliser un palpeur rigide dans les conditions d'utilisation et qui transmet un mouvement à un transducteur intégré au support qui transforme ce mouvement de déplacement du palpeur en un signal électrique. Cet exemple de réalisation n'est pas représenté. REVENDICATIONS 10) Appareil de mesure de débits respiratoires comprenant un pneumotachographe et une installation d'exploitation des données, du pneumotachographe formé d'un tube de mesure dans lequel souffle le sujet, caractérisé par un capteur (3) logé dans le tube de mesure (11) et exposé au souffle traversant le tube, ayant - un palpeur en forme de languette (32) portant une surface active (33) exposée à l'écoulement du gaz dans le tube (11) pour induire une force de résistance dans la lan- guette (32) en fonction de l'écoulement, - un transducteur (34) recevant la force de résistance de la surface active pour la convertir en un signal électrique mis en forme par un circuit de traitement (36) pour être transmis à l'installation d'exploitation des données (2). 2 ) Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la languette (32) est flexible et le transducteur (34) se compose de jauges de contraintes/extensions, portées par la partie déformable élastiquement de la languette (32). 3 ) Appareil de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que la languette (32) est un triangle isoflexion. 40) Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de traitement (36) est un montage en pont et le transducteur (34) se compose d'au moins deux jauges de contrainte montées dans deux branches du pont. 5 ) Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de mesure (11) comprend une entrée (12) recevant un embout buccal (13) amovible et un orifice transversal (15) pour un capteur lui-même composé d'un support (31) en forme de bouchon muni d'un circuit de traitement (36) et du câble de transmission ainsi qu'une languette (32) fixée dans le support, le capteur étant logé par le support (31) dans l'orifice (15) du tube (11) pour positionner le capteur (3, 33) dans le passage de l'air dans le tube (11). 6 ) Appareil selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capteur (3) comporte un détecteur de température (35) situé à proximité de la surface active (33) et venant à l'intérieur du tube (11) pour être exposé à l'air circulant dans le tube (11). 7 ) Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la languette (32) portant la surface active est rigide et transmet la force de résistance par mouvement au transducteur. 8 ) Appareil selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'embout buccal (13) est amovible et jetable et se met en place dans l'entrée (12) du tube de mesure (11) de façon que le diamètre intérieur de l'embout soit égal au diamètre intérieur du tube de mesure (11). go) Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'entrée (12) d tube de mesure (11) présente un diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur de l'embout buccal (13) et le diamètre intérieur du tube (11) correspond au diamètre intérieur de l'embout (13), de manière à former un épaulement (121) dans le tube (11) qui définit la position d'enfoncement de l'embout (13 dans le tube (11).