Brevet FR2835188A1 — publié le 20030801

DISPOSITIF DE CONTROLE ET DE REGULATION DU DEBIT D'OXYGENE ADAPTE AUX BESOINS PHYSIOLOGIQUES DU PATIENT DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif de contrôle et de régulation du débit d'oxygène adapté aux besoins physiologiques du patient et destiné à être associé à une bouteille standard d'oxygène médical pourvue d'un détendeur et d'une unité de distribution comprenant une électrovanne reliée, par une canalisation, à au moins un tube de distribution placé dans au moins une narine du patient. Les personnes souffrant d'insuffisance respiratoire représentent une partie de la population non négligeable. Par exemple, la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) est responsable de plus de 15 000 décès par an en France et touche près de 2,5 millions de personnes, essoufflées au moindre effort. Cette maladie, trop peu connue, trop fréquente, trop mortelle, trop handicapante, trop négligée, est considérée par les spécialistes, comme un grave problème de santé publique. Des actions précises de prévention et de suivi sont actuellement menées en France. Elles concernent l'optimisation du coupe Médecin-Patient et la validation d'un outil de suivi à distance de la qualité de vie des malades respiratoires chroniques (BPCO) ayant effectué un séjour dans une clinique de réhabilitation. D'une manière plus large, 300 000 patients souffrent d'insuffisance respiratoire en France. Parmi eux, 150 000 sont des handicapés lourds nécessitant des hospitalisations et l'utilisation de systèmes respiratoires, complexes et volumineux du type CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) où VAC (Ventilation Assistée Contrôlée). Selon les principaux régimes d'assurance maladie, chaque année 30 000 personnes sont admises en affection de longue durée pour une insuffisance respiratoire chronique grave. Ce chiffre est en forte progression d'une année sur l'autre, avec une aggravation plus importante pour la population de sexe féminin. En Europe, on recense un nombre de patients supérieurs à 1,5 million. Aujourd'hui, tous ces patients oxygéno-dépendants utilisent des bouteilles d'oxygène avec commande manuelle de l'électrovanne. L'oxygène est envoyé en permanence au travers d'une lunette de respiration d'une manière continue. Face à l'accroissement du nombre d'oxygéno-dépendants et aux difficultés quotidiennes qu'ils rencontrent (physiologiques, psychologiques, qualité de vie, autonomie), il devenait urgent de les doter d'outils performants destinés à améliorer leur qualité de vie et de soins ainsi que leur autonomie. L'invention vise à réaliser un dispositif destiné à contrôler et à réguler le débit d'oxygène en l'adaptant aux besoins physiologiques des patients de manière à satisfaire l'ensemble des améliorations souhaitées et à permettre une plus grande autonomie et une réduction du poids des bouteilles. Le dispositif selon l'invention est destiné à être associé à une bouteille standard d'oxygène médical pourvue d'un détendeur et d'une unité de distribution comprenant une électrovanne reliée, par une canalisation, à au moins un tube de distribution placé dans au moins une narine du patient. Il se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte : a) des capteurs adaptés pour détecter et pour mesurer l'activité physique du corps, le taux de saturation d'oxygène dans le sang et la phase d'inspiration du patient ; b) une unité centrale adaptée pour traiter les données en provenance desdits capteurs et commander le débit d'oxygène de l'électrovanne en fonction des valeurs desdites données par rapport à des valeurs de référence relatives à un patient bien déterminé et mémorisées dans ladite unité. Selon des particularités de réalisation de l'invention : - les capteurs destinés à mesurer l'activité physique du patient, sont du type accéléromètre et sont placés en des points du corps permettant la détection des différents mouvements de celui-ci de manière à anticiper les besoins en oxygène du patient par une action immédiate sur l'électrovanne de régulation ; - les capteurs destinés à mesurer le taux de saturation d'oxygène dans le sang, sont du type infrarouge et sont placés sur un doigt ou sur le lobe d'une oreille de manière à contrôler ledit taux et à l'ajuster, si nécessaire, par une action différée sur l'électrovanne de régulation ; - les capteurs destinés à détecter la phase d'inspiration du patient, sont du type thermique ou piézo-électrique et sont placés à l'intérieur et à l'extérieur d'une narine du patient de manière à n'autoriser le passage de l'oxygène au travers de l'électrovanne de régulation que pendant ladite phase d'inspiration ; - l'unité de distribution comporte un circuit électronique, alimenté par une batterie, qui commande, à partir d'informations en provenance de l'unité centrale, l'électrovanne de régulation et une électrovanne de dérivation adaptée pour permettre le passage direct du flux d'oxygène et la commande manuelle de son débit. Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de celle-ci donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue de face d'ensemble d'un patient porteur du dispositif selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique de l'unité de distribution d'oxygène associée à une bouteille de gaz ; - la figure 3 est un schéma synoptique du fonctionnement général de l'unité centrale. Le dispositif de contrôle et de régulation du débit d'oxygène représenté aux figures est destiné à être associé à une bouteille d'oxygène (10) pourvue d'un détendeur (13) et d'une unité de distribution (6) comprenant une électrovanne de régulation (5) reliée, par une canalisation (14), à au moins un tube de distribution (12) placé dans au moins une narine du patient (15). Il comporte essentiellement : - des capteurs (1,2, 3) adaptés pour détecter et pour mesurer l'activité physique du corps, le taux de saturation d'oxygène dans le sang et la phase d'inspiration du patient ; - une unité centrale (4) adaptée pour traiter les données en provenance desdits capteurs et commander le débit d'oxygène de l'électrovanne (5) en fonction des valeurs desdites données par rapport à des valeurs de référence relatives à un patient bien déterminé et mémorisées dans ladite unité. Les capteurs (1), destinés à mesurer l'activité physique du patient, sont du type accéléromètre et sont placés en des points du corps permettant la détection des différents mouvements de celui-ci de manière à anticiper les besoins en oxygène du patient par une action immédiate sur l'électrovanne de régulation (5). Les capteurs (2), destinés à mesurer le taux de saturation d'oxygène dans le sang, sont du type infrarouge et sont placés sur un doigt ou sur le lobe d'une oreille de manière à contrôler ledit taux et à l'ajuster si nécessaire par une action différée sur l'électrovanne de régulation (5). Les capteurs (3), destinés à détecter la phase d'inspiration du patient, sont du type thermique, ou piézo-électrique, et sont placés à l'intérieur et à l'extérieur d'une narine du patient de manière à n'autoriser le passage de l'oxygène au travers de l'électrovanne de régulation (5) que pendant ladite phase d'inspiration. L'unité de distribution (6) comporte un circuit électronique (7), alimenté par une batterie (8), qui commande, à partir d'informations en provenance de l'unité centrale (4), l'électrovanne de régulation (5) et une électrovanne de dérivation (9) et qui contrôle la pression de la bouteille d'oxygène (10) et la tension de la batterie (8) pour en déterminer leurs capacités minimales admissibles. L'électrovanne de dérivation (9) est également commandée par le circuit électronique (7) à partir de données relatives à la capacité de la bouteille d'oxygène (10) ou de celle de la batterie (8) ainsi qu'au moyen d'un bouton de commande manuel situé sur l'unité de distribution (6). L'électrovanne de dérivation (9) est adaptée pour permettre le passage direct du flux d'oxygène et la commande manuelle de son débit. L'électrovanne de régulation (5) est placée dans un circuit de dérivation (16) relié à la canalisation (14) au moyen d'un manchon en T (17). Les capteurs (2), destinés à mesurer le taux de saturation d'oxygène dans le sang, peuvent être maintenus par des lunettes (11). Il en est de même des capteurs (3) destinés à mesurer la phase d'inspiration du patient et du tube de distribution d'oxygène (12) dans la narine du patient. L'unité centrale (UC) reçoit des données en provenance des capteurs (CA) afin de commander, après leur traitement (TR), l'électrovanne de régulation (ER) et de délivrer automatiquement l'oxygène (OX) au patient. L'unité centrale (UC) reçoit également des données en provenance des autres parties du dispositif (défaut logiciel, fil arraché, etc...) afin de commander, après leur traitement (TS), l'électrovanne de dérivation (ED) et de permettre la délivrance manuelle de l'oxygène (OX) au patient. Le taux de saturation d'oxygène dans le sang est le paramètre le plus important, mais sa mesure présente'l'inconvénient d'être lente (10s environ). Ce paramètre à lui seul, ne permet pas de prendre en compte l'accroissement des besoins en oxygène pour toutes les activités motrices liées à des mouvements rapides comme se lever, monter les marches, lever les bras, etc... La particularité du dispositif tient dans le développement du concept de reconnaissance des activités motrices, qui seront classifiées et utilisées pour un ajustement instantané du flux d'oxygène en fonction du type d'activité. La régulation sera faite à partir de la mesure du taux de saturation d'oxygène dans le sang. Cette régulation prendra également en compte le cycle "inspiration-expiration". Le nombre de capteurs nécessaires sera minimisé et leur positionnement sera défini pour rendre le dispositif le moins contraignant possible pour le patient. Les capteurs de mouvement peuvent être placés, de manière non limitative, au niveau des pectoraux, de la ceinture abdominale et au pied (par exemple dans la semelle d'une chaussure). Le système de contrôle et de régulation électronique sera du type ambulatoire, de la taille d'un paquet de cigarettes, donc facilement transportable. Le dispositif assurera la délivrance du débit optimal d'oxygène au patient. Pour cela deux situations seront définies. Pour les activités en régime établi, le débit sera asservi de façon à assurer un taux de saturation en oxygène convenable (92 %). Pour les activités transitoires, l'activité motrice au travers de la détection de mouvement, sera prise en compte. Le fait de prendre en compte le cycle "inspiration-expiration" permet d'améliorer les conditions physiologiques, de soulager les muqueuses et bien sûr de réduire la consommation en oxygène. Il faut également mentionner le gain économique lié audit dispositif pour les patients et les services publics. La dépense moyenne d'un oxygéno-dépendant pour sa consommation d'oxygène est de l'ordre de 300 e par mois. En prenant en compte 150 000 patients, la dépense totale annuelle s'élève à 540 ME. Si l'objectif du projet est atteint, à savoir une économie en oxygène de plus de 50 %, l'économie au niveau national peut être supérieur à 270 ME. Les systèmes actuels d'assistance respiratoire ne comportent pas de contrôle du flux d'oxygène nécessaire'au patient. Le débit d'oxygène doit donc être ajusté en fonction de deux données essentielles : - le taux d'oxygène dans le sang qui donne une information importante sur l'efficacité de l'oxygénation mais dont la vitesse de variation est trop lente pour permettre un ajustement rapide de débit ; - les activités motrices qui sont immédiatement disponibles pour ajuster instantanément le flux d'oxygène. Des algorithmes ont donc été développés à partir de deux boucles de régulation : - la première, qui a un temps de réaction relativement long de plusieurs secondes, tient compte du taux d'oxygène mesuré dans le sang et son rôle est multiple : .. vérifier le bon fonctionnement de l'ensemble par une mesure de l'oxygénation réelle ; .. corriger les évolutions au cours de la journée de l'état pathologique du patient ; .. diminuer progressivement le flux d'oxygène lorsque toute activité a cessé (cet aspect important permet non seulement d'économiser de l'oxygène mais surtout de limiter les risques de brûlures des muqueuses par l'oxygène) ; - la seconde, qui est basée sur la reconnaissance des activités motrices, a un temps de réaction court de quelques dixièmes de seconde pour anticiper les besoins en oxygène : en fonction de l'activité, le taux d'oxygène est immédiatement modifié dans le but d'éviter une sous oxygénation brutale pouvant conduire à la perte de connaissance. Les avantages liés audit dispositif sont nombreux et permettront d'améliorer la qualité de vie des patients. Les gains escomptés en réduction d'oxygène sont de l'ordre de 60 à 70 %, ce qui permettra d'utiliser de plus petites bouteilles d'oxygène donc moins lourdes pour une même autonomie. REVENDICATIONS 1-Dispositif de contrôle et de régulation du débit d'oxygène adapté aux besoins physiologiques du patient et destiné à être associé à une bouteille standard d'oxygène médical pourvue d'un détendeur et d'une unité de distribution comprenant une électrovanne reliée, par une canalisation, à au moins un tube de distribution placé dans au moins une narine du patient ; caractérisé en ce qu'il comporte : a) des capteurs (1,2, 3) adaptés pour détecter et pour mesurer l'activité physique du corps, le taux de saturation d'oxygène dans le sang et la phase d'inspiration du patient ; b) une unité centrale (4) adaptée pour traiter les données en provenance desdits capteurs et commander le débit d'oxygène de l'électrovanne (5) en fonction des valeurs desdites données par rapport à des valeurs de référence relatives à un patient bien déterminé et mémorisées dans ladite unité. 2- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (1), destinés à mesurer l'activité physique du patient, sont du type accéléromètre et sont placés en des points du corps permettant la détection des différents mouvements de celui-ci de manière à anticiper les besoins en oxygène du patient par une action immédiate sur l'électrovanne de régulation (5). 3- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (2), destinés à mesurer le taux de saturation d'oxygène dans le sang, sont du type infrarouge et sont placés sur un doigt ou sur le lobe d'une oreille de manière à contrôler ledit taux et à l'ajuster si nécessaire par une action différée sur l'électrovanne de régulation (5). 4- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (3), destinés à détecter la phase d'inspiration du patient, sont du type thermique, ou piézo-électrique, et sont placés à l'intérieur et à l'extérieur d'une narine du patient de manière à n'autoriser le passage de l'oxygène au travers de l'électrovanne de régulation (5) que pendant ladite phase d'inspiration. 5-Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de distribution (6) comporte un circuit électronique (7), alimenté par une batterie (8), qui commande, à partir d'informations en provenance de l'unité centrale (4), l'électrovanne de régulation (5) et une électrovanne de dérivation (9) et qui contrôle la pression de la bouteille d'oxygène (10) et la tension de la batterie (8) pour en déterminer leurs capacités minimales admissibles. 6- Dispositif, selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'électrovanne de dérivation (9) est également commandée par le circuit électronique (7) à partir de données relatives à la capacité de la bouteille d'oxygène (10) ou de celle de la batterie (8) ainsi qu'au moyen d'un bouton de commande manuel situé sur l'unité de distribution (6). 7-Dispositif, selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que l'électrovanne de dérivation (9) est adaptée pour permettre le passage direct du flux d'oxygène et la commande manuelle de son débit. 8- Dispositif, selon la revendication 3, caractérisé en ce que les capteurs (2), destinés à mesurer le taux de saturation d'oxygène dans le sang, sont maintenus par des lunettes (11). 9-Dispositif, selon la revendication 4, caractérisé en ce que les capteurs (3), destinés à mesurer la phase d'inspiration du patient, sont maintenus par des lunettes (11). 10- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de distribution d'oxygène (12) dans la narine du patient est maintenu par des lunettes (11).