Brevet FR2939049A1 — publié le 20100604

La présente invention concerne appareil de fourniture de gaz respiratoire à un patient. L'invention concerne plus particulièrement un appareil de fourniture de gaz respiratoire à un patient selon des cycles respiratoires, c'est-à-dire avec alternance de phases inspiratoires et de phases expiratoires, comprenant une source de gaz respiratoire sous pression comportant une turbine, un circuit comprenant une conduite d'inspiration reliant la source à une interface patient, telle qu'un masque, pour acheminer sélectivement un flux gazeux depuis la source vers les voies respiratoires d'un patient, une valve d'expiration reliée à la conduite d'inspiration, pour réguler sélectivement la pression de gaz dans ladite conduite d'inspiration par mise en relation sélective avec l'atmosphère, l'ouverture/fermeture sélective de la valve d'expiration étant commandée pneumatiquement via une conduite de commande reliée d'une part à la source et d'autre part à ladite valve d'expiration, la conduite de commande comprenant un système de régulation de la pression de gaz délivrée à la valve d'expiration. Un tel appareil est appelé communément � respirateur à turbine � ou tout simplement � respirateur �. Une solution pour piloter l'ouverture/fermeture sélective de la valve d'expiration est connue par exemple sur l'appareil dénommé HORUS et commercialisé par la demanderesse. Cette solution consiste à relier la conduite de commande à l'atmosphère via un orifice calibré fixe et à prévoir une électrovanne commandée sur la partie amont de la conduite de commande (entre l'orifice calibré et la turbine). Cette solution présente cependant des inconvénients parmi lesquels : un temps de régulation de la pression dans le circuit relativement long (notamment en cas de PEP = Pression Expiratoire Positive >0). Il est en effet nécessaire de compenser en permanence la fuite de gaz à l'atmosphère via l'orifice calibré. Un autre inconvénient concerne la dépressurisation de la valve expiratoire. Ce temps de dépressurisation dépend en effet de la taille de l'orifice calibré. Ainsi, ce temps de dépressurisation est soit trop long (si l'orifice est relativement petit) soit assez court (si l'orifice est relativement grand) mais dans ce dernier cas il faut alors compenser la fuite naturelle importante lorsque le circuit doit être mis sous pression. Pour résoudre ce problème, le document FR2889812 décrit un respirateur dont la valve d'expiration est contrôlée via une microturbine dédiée (microturbine distincte de la turbine alimentant le patient en gaz). Ce respirateur présente cependant de nombreux inconvénients parmi : un encombrement important, une consommation électrique importante, un coût élevé, un temps de réponse faible (passage d'un mode à l'autre). Une autre solution est décrite dans le document EP-A-1502619. Ce document décrit un respirateur dans lequel l'ouverture de la valve d'expiration est commandée via une électrovanne proportionnelle à trois voies. Une première voie de l'électrovanne est reliée à la sortie de pression de la turbine. Une seconde voie de l'électrovanne est reliée est reliée à l'air libre (l'atmosphère). La troisième voie de l'électrovanne est reliée à la valve d'expiration. Cette solution s'avère cependant relativement coûteuse (électrovanne à trois voies) Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, l'appareil selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le système de régulation de la pression de gaz délivrée à la valve d'expiration comprend une vanne commandée à deux voies reliant sélectivement la conduite de commande à l'atmosphère et, un orifice calibré disposé sur la conduite de commande entre la vanne commandée à deux voies et la source de gaz. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la vanne commandée à deux voies reliant sélectivement la conduite de commande à l'atmosphère est une électrovanne, - la vanne commandée à deux voies reliant sélectivement la conduite de 20 commande à l'atmosphère est du type à ouverture proportionnelle ou ouverture progressive, - l'orifice calibré est du type à ouverture fixe, - l'appareil comprend en outre une seconde vanne commandée disposée sur la conduite de commande entre l'orifice calibré et la source de gaz, 25 - la seconde vanne commandée est une électrovanne, - la seconde vanne commandée est du type à ouverture/fermeture � tout ou rien �, - le circuit comporte au moins un capteur de température du flux gazeux et/ou au moins un capteur de pression du flux gazeux et/ou au moins un capteur de débit 30 du flux gazeux, l'appareil comportant un organe de calcul et de commande relié à le au moins un capteur, l'organe de calcul et de commande étant également relié à la turbine pour calculer des paramètres de fonctionnement de pression et/ou de débit et pour commander la vitesse de rotation de la turbine en fonction des phases d'inspiration et d'expiration et en fonction de signaux de pression et/ou signaux de 35 débit de gaz inspiré mesurés par le au moins un capteur, - l'appareil comporte une baudruche sélectivement gonflable par la conduite de commande, l'état gonflé ou dégonflé de la baudruche commandant sélectivement respectivement la fermeture et l'ouverture de la valve expiratoire, - la turbine est du type à faible inertie et à vitesse de consigne élevée. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue simplifiée illustrant la structure et le principe de fonctionnement de l'appareil selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement de l'appareil selon le premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement de l'appareil selon un second mode de réalisation de l'invention, - les figures 4 et 5 illustrent des exemples de courbes de pression P et débit D en fonction du temps T susceptibles d'être réalisées et relevées par l'appareil selon l'invention en vue de déterminer des paramètres respiratoires d'un patient (résistance et compliance par exemple). L'appareil représenté à la figure 1 comprend une source 1 de gaz respiratoire sous pression comportant de préférence une turbine. Par soucis de simplification, on désignera par la référence numérique � 1 � soit la source de gaz comprenant la turbine soit la turbine elle-même. De préférence, la turbine 1 est du type à faible inertie et à vitesse élevée. Par turbine � à faible inertie et à vitesse élevée � on désigne par exemple une turbine ayant vitesse de rotation maximale de l'ordre de 50 000 tours/min, apte à fournir une pression de 70 mbar au dessus de l'ambiante et un débit de l'ordre de 200 I/min. D'autres types de turbine sont cependant envisageables. L'appareil possède un circuit de gaz comprenant une conduite 2 d'inspiration reliant fluidiquement la source 1 à une interface 3 patient. L'interface 3 patient comprend, par exemple, un masque ou tout autre organe d'intubation permettant d'acheminer le flux gazeux provenant de la source 1, via la conduite d'inspiration 2, jusqu'au voies respiratoires du patient 4. Le circuit comprend également une valve d'expiration 5 reliée à la conduite 2 d'inspiration. La valve d'expiration 5 est de préférence du type à ouverture proportionnelle. La valve d'expiration 5 relie sélectivement le circuit à l'extérieur (atmosphère) pour réguler sélectivement la pression de gaz dans ladite conduite 2 d'inspiration par mise en relation sélective avec l'atmosphère. La valve d'expiration 5 est de préférence située à proximité de l'interface 3 patient. De même, la valve d'expiration 5 peut être couplée ou peut faire partie intégrante d'un système du type baudruche gonflable. C'est-à-dire qu'une baudruche est sélectivement gonflable et, en position gonflée elle ferme la valve expiratoire 5 (fermeture du circuit pour permettre une montée en pression) tandis qu'en position dégonflée la valve expiratoire est ouverte (circuit ouvert vers l'extérieur). Les états de gonflage intermédiaires de la baudruche ouvrent quant à eux plus ou moins la valve 5 d'expiration (ouvertures partielles). L'ouverture/fermeture de la valve d'expiration 5 est commandée pneumatiquement via une conduite 6 de commande reliée d'une part à la source 1 de gaz respiratoire et d'autre part à ladite valve d'expiration 5. Par exemple la conduite 6 de commande est reliée fluidiquement à la baudruche gonflable dont le gonflage commande sélectivement l'ouverture/fermeture de la valve 5 expiratoire). La conduite 6 de commande est reliée directement à la source 1 de gaz ou via une dérivation 15 du conduit 2 d'inspiration (dérivation 15 alternative représentée également en pointillées sur la même figure 1). La conduite 6 de commande comprend un système de régulation de la pression de gaz comportant une vanne 7 commandée à deux voies reliant sélectivement la conduite 6 de commande à l'atmosphère. C'est-à-dire que la première voie de la vanne 7 commandée est reliée à l'extérieur (atmosphère) tandis que la seconde voie de la vanne 7 commandée est reliée à la conduite 6 de commande. La vanne 7 à deux voies est de préférence une électrovanne à ouverture proportionnelle Le système de régulation de la pression de gaz comprend également un orifice calibré 8, de préférence de taille fixe, disposé sur la conduite 6 de commande entre la vanne 7 commandée à deux voies et la source 1 de gaz. La vanne 7 à deux voies permet de réaliser un orifice calibré de taille sélectivement variable vers l'extérieur (atmosphère). L'orifice calibré 8 placé en amont (côté turbine 1) permet de limiter le débit de gaz généré par la turbine 1 dans la conduite 6 de commande. De cette façon, en phase d'inspiration, la vanne commandée 7 à deux voies est fermée pour permettre de conduire la pression de gaz provenant de la turbine 1 vers la valve expiratoire 5 (vers la baudruche le cas échéant désigné par la même référence numérique 5). La valve 5 est ainsi fermée. Lors de cette phase inspiratoire la turbine 1 délivre alors le débit et la pression de gaz vers le patient 4 par le circuit principal à travers la conduite 2 d'inspiration. A l'expiration, lorsque l'appareil est réglé pour une Pression Expiratoire Positive nulle (PEP=zéro), la vanne commandée 7 à deux voies est ouverte complètement pour dégonfler totalement la baudruche à l'atmosphère. A cet effet, le diamètre d'ouverture complète de la vanne commandée 7 à deux voies est de préférence supérieure à celui de l'orifice calibré 8. Ceci permet de dépressuriser la baudruche de façon convenable. La valve d'expiration 5 est alors ouverte. Lorsque l'appareil est réglé pour une Pression Expiratoire non nulle (PEP>zéro), la vanne commandée 7 à deux voies est partiellement fermée pour ne pas dépressuriser complètement le circuit de gonflage de la baudruche et maintenir ainsi une pression positive dans le circuit patient. La valve d'expiration 5 est alors partiellement ouverte L'invention, tout en étant de structure simple et peu coûteuse, présente de nombreux avantages. Ainsi, le temps de pressurisation de la valve lors de l'inspiration est suffisamment court (notamment par rapport à la solution de l'appareil HORUS� mentionnée ci-dessus). Selon l'invention le temps nécessaire à la dépressurisation de la valve expiratoire lors du passage à une phase d'expiration est également bien adapté (plus court notamment par rapport à la cette solutioncidessus). Ce mode de réalisation est par ailleurs plus simple, moins coûteux que les deux autres solutions connues discutées plus haut (pas de microturbine supplémentaire et vanne simple à deux voies au lieu de trois voies). L'exemple de réalisation de la figure 2 reprend essentiellement le même principe de fonctionnement que celui de la figure 1. Dans le mode de réalisation de la figure 2 la turbine 1 est alimentée en air 16 qui subit de préférence un filtrage (filtre 17). En aval de la turbine 1, la conduite 2 d'inspiration peut comporter un clapet anti-retour 18. Comme représenté, la conduite 2 d'inspiration peut être alimentée en oxygène ou tout autre mélange gazeux à partir d'une source de gaz 21 via une conduite d'amenée 24. La conduite 24 d'amenée peut comprendre un clapet anti- retour 22 et une vanne 23 commandée. La conduite 2 d'inspiration peut comporter en outre au moins l'un parmi : un capteur de température 10, un capteur d'oxygène 19, un ou plusieurs capteurs 11, 12 de pression. La conduite 2 d'inspiration peut comprendre un clapet anti-retour 25 prévu pour permettre l'entrée d'air dans le circuit en cas de dépression anormale. La conduite 2 d'inspiration peut comporter en outre un capteur 20 de débit inspiratoire destiné à mesurer le débit inspiré par le patient. De la même façon, la conduite 6 de commande peut comporter, par exemple, un capteur de pression 13. Ces capteurs déterminent les conditions du gaz inspiré par le patient. De préférence tout ou partie des capteurs sont reliés à un organe 14 de calcul et de commande, comprenant par exemple un microprocesseur. L'organe 14 de calcul et de commande est également relié à la turbine 1. L'organe de commande calcule par exemple les paramètres de fonctionnement de pression et/ou de débit de l'appareil pour commander la vitesse de rotation de la turbine 1 en fonction des phases d'inspiration et d'expiration et en fonction de signaux de pression et/ou signaux de débit de gaz inspiré mesurés par le au moins un capteur 11,12,13,14,19,20. Le mode de réalisation de la figure 3 se distingue de celui de la figure 2 uniquement en ce qu'une seconde vanne commandée 9 est prévue sur la conduite 6 de commande de la valve d'expiration. La seconde vanne 9 commandée est disposée entre l'orifice calibré 8 et la turbine. Cette seconde vanne 9 commandée est de préférence une électrovanne du type à ouverture/fermeture � tout ou rien � (bien entendu une vanne de type proportionnel peut également être envisagée). Dans le mode de réalisation de la figure 3, la seconde vanne 9 commandée est normalement ouverte pour permettre la montée en pression dans la conduite 6 de commande (pour commander le gonflage de la baudruche et donc la fermeture de la valve expiratoire). Cette seconde vanne 9 permet (lors de sa fermeture) de couper totalement la pression en provenance de la turbine 1 vers la conduite 6 de commande. Ceci permet de réaliser une dépressurisation totale de la valve 5 expiratoire (via la baudruche le cas échéant). Ceci est notamment utile pour réaliser une pression expiratoire positive (PEP) nulle. Cette seconde vanne 9 commandée permet également de réaliser des occlusions inspiratoires et expiratoires permettant de faire des mesures de compliance et de résistance tel que décrit plus en détail ci-après. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la seconde vanne commandée 9 n'est fermée de préférence que dans les phases expiratoires et lorsque l'appareil est réglé pour fonctionner selon une Pression Expiratoire Positive nulle. Dans les autres cas de réglages (PEP > 0), cette seconde vanne 9 commandée n'est pas utilisée et reste ouverte, son état normal stable. De cette façon elle ne consomme pas d'énergie. La variante selon la figure 3 présente des avantages supplémentaires. La seconde vanne 9 commandée permet notamment d'améliorer la gestion de la Pression Expiratoire Positive (PEP) nulle par rapport au circuit de la figure 2. En effet, cette seconde vanne 9 commandée permet d'améliorer encore la dépressurisation (pas de pression résiduelle PEP supérieure à zéro). Cette seconde vanne 9 commandée améliore en effet la vitesse et le niveau de dépressurisation complète de la conduite 6 de commande (en plus de l'ouverture de la première vanne 7 commandée). Comme décrit ci-après, cette seconde vanne 9 commandée peut permettre en outre à l'appareil de réaliser des occlusions inspiratoires et expiratoires permettant de mesurer des caractéristiques physiologiques du patient telles que la Résistance � R � et la Compliance � C � ainsi que les valeurs de pression plateau � Pplat � et pression intra-pulmonaire intrinsèque du patient � PEPint � ou � Pep Intrinsèque �. La seconde vanne 9 commandée peut être utilisée pour réaliser des occlusions inspiratoires. Le fonctionnement peut être réalisé comme suit : à la fin d'une phase d'inspiration, la première vanne 7 commandée et la seconde vanne 9 commandée sont fermées. Ceci maintient le circuit de commande de la pression expiratoire positive sous pression (valve 5 expiratoire fermée). Dans le cas où une baudruche est utilisée, la baudruche est ainsi maintenue gonflée. A ce moment là, la vitesse de rotation de la turbine 1 est réduite de façon à annuler le débit de gaz inspiratoire produit. Une mesure de la chute de débit (AQ figure 4) dans le circuit (capteur 20) et une mesure de la chute de pression dans le circuit (AP, cf. figure 4) permet ensuite de calculer la résistance R du patient selon la formule R = AP / AQ. Comme visible à la figure 4, le plateau Pplat de pression P résultant de l'équilibre de pression entre les alvéoles pulmonaires du patient et le circuit pneumatique de l'appareil s'appelle la � pression plateau (ou � Pplat �). Elle s'établit lorsque le débit passant dans le circuit s'annule. La réalisation d'une occlusion inspiratoire permet donc de mesurer la pression plateau Pplat et la résistance R du patient. La seconde vanne 9 commandée peut être utilisée pour réaliser également des occlusions expiratoires. Pour cela, comme précédemment, avant la fin de l'expiration du patient la première 7 et la seconde vanne 9 commandées sont fermées pour maintenir le circuit de commande de Pression Expiratoire Positive (PEP) sous pression. La valve 5 expiratoire est fermée (baudruche gonflée). A ce moment là, la turbine 1 est freinée pour annuler le débit de rinçage (� flow-by �) qui circulait dans la conduite 2 pour rincer le circuit. La pression P dans le circuit s'équilibre entre la pression du circuit et la pression intra-pulmonaire intrinsèque du patient (appelée PEP intrinsèque = � PEPint � cf. figure 5). A la figure 5, � Ppep � indique le niveau de pression de la pression Expiratoire Positive (PEP). La compliance C pulmonaire du patient se déduit avec la mesure du volume V inspiré, la mesure de la pression plateau (cf. Pplat figure 4) mesurée pendant l'occlusion inspiratoire et la mesure de la PEP intrinsèque (PEPint, cf. figure 5) mesurée pendant l'occlusion expiratoire selon la formule : C = V/(Pplat- PEPint). REVENDICATIONS1. Appareil de fourniture de gaz respiratoire à un patient (4) selon des cycles respiratoires, c'est-à-dire avec alternance de phases inspiratoires et de phases expiratoires, comprenant une source (1) de gaz respiratoire sous pression comportant une turbine, un circuit comprenant une conduite (2) d'inspiration reliant la source (1) à une interface (3) patient, telle qu'un masque, pour acheminer sélectivement un flux gazeux depuis la source (1) vers les voies respiratoires d'un patient (4), une valve d'expiration (5) reliée à la conduite (2) d'inspiration, pour réguler sélectivement la pression de gaz dans ladite conduite (2) d'inspiration par mise en relation sélective avec l'atmosphère, l'ouverture/fermeture sélective de la valve d'expiration (5) étant commandée pneumatiquement via une conduite (6) de commande reliée d'une part à la source (1) et d'autre part à ladite valve d'expiration (5), la conduite (6) de commande comprenant un système de régulation de la pression de gaz délivrée à la valve d'expiration (5), caractérisé en ce que le système de régulation de la pression de gaz délivrée à la valve d'expiration (5) comprend : - une vanne (7) commandée à deux voies reliant sélectivement la conduite (6) de commande à l'atmosphère et, - un orifice calibré (8) disposé sur la conduite (6) de commande entre la vanne (7) commandée à deux voies et la source (1) de gaz. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vanne (7) commandée à deux voies reliant sélectivement la conduite (6) de commande à l'atmosphère est une électrovanne. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la vanne (7) commandée à deux voies reliant sélectivement la conduite (6) de commande à l'atmosphère est du type à ouverture proportionnelle ou ouverture progressive. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'orifice calibré (8) est du type à ouverture fixe. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une seconde vanne (9) commandée disposée sur la conduite (6) de commande entre l'orifice calibré (8) et la source (1) de gaz. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde vanne (9) commandée est une électrovanne. 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la seconde vanne (9) commandée est du type à ouverture/fermeture � tout ou rien �. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit comporte au moins un capteur de température (10) du flux gazeux et/ou au moins un capteur de pression (11, 12, 13) du flux gazeux et/ou au moins un capteur (20) de débit du flux gazeux, l'appareil comportant un organe (14) de calcul et de commande relié à le au moins un capteur (11, 12, 13, 14), l'organe (14) de calcul et de commande étant également relié à la turbine (1) pour calculer des paramètres de fonctionnement de pression et/ou de débit et pour commander la vitesse de rotation de la turbine (2) en fonction des phases d'inspiration et d'expiration et en fonction de signaux de pression et/ou signaux de débit de gaz inspiré mesurés par le au moins un capteur (11, 12, 13, 14). 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une baudruche sélectivement gonflable par la conduite (6) de commande, l'état gonflé ou dégonflé de la baudruche commandant sélectivement respectivement la fermeture et l'ouverture de la valve (5) expiratoire. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la turbine (1) est du type à faible inertie et à vitesse de consigne élevée.