Brevet FR3031313A1 — publié le 20160708

La présente invention concerne un ventilateur médical à turbine motorisée et moyens de pilotage comprenant un organe d'obturation, agencé sur le conduit d'amenée d'air et piloté par les moyens de pilotage du ventilateur, permettant d'empêcher toute sortie d'oxygène par l'orifice d'entrée d'air, en cas d'arrêt du fonctionnement de la turbine, encore appelée « soufflante ». Certaines pathologies respiratoires nécessitent l'administration aux patients qui en sont atteints, d'air ou d'un mélange d'air enrichi en oxygène. Une telle administration de gaz peut être réalisée au moyen d'un appareil d'assistance respiratoire, couramment appelé ventilateur médical, équipé d'une turbine à moteur électrique, encore appelée compresseur d'air ou soufflante. La turbine sert à générer un flux de gaz à pression donnée et contenant une proportion souhaitée d'oxygène, à savoir 21% ou plus d'oxygène (% en vol.). Le principe de fonctionnement d'un tel ventilateur de l'art antérieur est illustré sur la Figure 1 et détaillé ci-après. Habituellement, la turbine est alimentée en air par un conduit d'amenée d'air relié, d'une part, à l'atmosphère ambiant et, d'autre part, à l'entrée d'aspiration de la turbine et, par ailleurs, en oxygène, par un conduit d'alimentation en oxygène alimenté par une source d'oxygène et venant se raccorder au conduit d'amenée d'air, en amont de la turbine. De manière classique, une électrovanne proportionnelle 1 agencée sur le conduit d'alimentation en oxygène permet de contrôler la quantité d'oxygène délivré par la source d'oxygène. Toutefois, lorsque l'on souhaite maintenir une ventilation du patient alors que la turbine est arrêtée, que ce soit volontairement pour des questions d'économie d'énergie dans le cadre d'un transport long par exemple, ou involontairement du fait d'une défaillance de la turbine, le débit d'oxygène délivré par l'électrovanne agencée sur le conduit d'alimentation en oxygène ne peut atteindre le patient car il s'échappe à l'atmosphère ambiant en remontant la canalisation d'amenée d'air, étant donné que la turbine qui est arrêtée, n'aspire plus d'air. Le patient n'est alors plus alimenté en oxygène. Le problème qui se pose est dès lors d'améliorer ce type de ventilateur à turbine pour permettre de maintenir une ventilation du patient même lorsque la turbine est arrêtée, c'est-à-dire de pouvoir acheminer l'oxygène issu de la source d'oxygène jusqu'au patient même lorsque la turbine ne fonctionne pas. La solution de l'invention est alors un ventilateur médical à turbine, c'est-à-dire un appareil d'assistance respiratoire comprenant : - une turbine à moteur électrique comprenant une entrée de gaz et une sortie de gaz, la sortie de gaz de la turbine étant en communication fluidique avec un circuit patient, - un conduit d'amenée d'air comprenant un orifice d'entrée d'air communiquant fluidiquement avec l'atmosphère ambiant, ledit conduit d'amenée d'air par ailleurs relié fluidiquement à l'entrée de gaz de la turbine, - un conduit d'alimentation en oxygène venant se raccorder au conduit d'amenée d'air, en un site de raccordement situé en amont de l'entrée de gaz de la turbine, le conduit d'alimentation en oxygène étant en communication fluidique avec le conduit d'amenée d'air, et - des moyens de pilotage coopérant avec la turbine de manière à pouvoir détecter tout arrêt de fonctionnement de ladite turbine, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe d'obturation de conduit agencé sur le conduit d'amenée d'air entre l'orifice d'entrée d'air et le site de raccordement du conduit d'alimentation en oxygène au conduit d'amenée d'air, ledit organe d'obturation de conduit étant piloté par les moyens de pilotage de manière à empêcher toute circulation de gaz vers l'orifice d'entrée d'air lorsque les moyens de pilotage détectent un arrêt du fonctionnement de la turbine. Selon le cas, le ventilateur médical ou appareil d'assistance respiratoire de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - l'organe d'obturation de conduit comprend un actionneur à deux positions de fonctionnement comprenant une position ouverte dans laquelle le gaz peut circuler dans le conduit d'amenée d'air, et une position fermée dans lequel le gaz ne peut pas circuler dans le conduit d'amenée d'air et sortir dudit conduit d'amenée d'air par l'orifice d'entrée d'air. - une première électrovanne est agencée sur le conduit d'alimentation en oxygène et est commandée par les moyens de pilotage de manière à ajuster le débit d'oxygène circulant dans ledit conduit d'alimentation en oxygène. - lorsque les moyens de pilotage détectent un arrêt du fonctionnement de la turbine, lesdits moyens de pilotage pilotent la première électrovanne de manière à alterner des phases de délivrance de gaz durant lesquelles de l'oxygène peut traverser la première électrovanne à un débit de délivrance donné D, avec D pouvant aller d'environ 0 à 200 l/min, et des phases de non-délivrance de gaz durant lesquelles de l'oxygène ne traverse pas la première électrovanne ou la traverse à débit limité d, par exemple à un débit limité d pouvant atteindre environ 10 l/min, i.e. un débit limité d qui est inférieur ou égal à 10 l/min. - lors des phases de non-délivrance de gaz, les moyens de pilotage pilotent la première électrovanne de manière à ce que de l'oxygène traverse la première électrovanne à un débit limité d compris entre environ 1 et 10 l/min. - lors des phases de délivrance de gaz, les moyens de pilotage pilotent la première électrovanne de manière à ce que de l'oxygène traverse la première électrovanne à un débit de délivrance D sélectionné en fonction des réglages du ventilateur ; il peut atteindre 200 l/min. - la sortie de gaz de la turbine est reliée fluidiquement au un circuit patient par l'intermédiaire d'une ligne d'alimentation en gaz. - la ligne d'alimentation en gaz comprend un second capteur de débit et un capteur de pression, et lesdits moyens de pilotage pilotent la première électrovanne en réponse à des signaux provenant du second capteur de débit ou du capteur de pression. - le conduit d'amenée d'air comprend un capteur de pression additionnel. - les moyens de pilotage sont conçus pour ou adaptés pour pouvoir détecter tout arrêt de fonctionnement de ladite turbine. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 illustre l'architecture et le principe de fonctionnement d'un ventilateur médical à turbine selon l'art antérieur, - la Figure 2 illustre l'architecture et le principe de fonctionnement d'un ventilateur médical à turbine selon la présente invention, et - la Figure 3 représente le ventilateur de la Figure 2 en phase d'autodiagnostic. La Figure 1 est un schéma de l'architecture et du principe de fonctionnement d'un appareil d'assistance respiratoire ou ventilateur médical à turbine 5 à moteur électrique selon l'art antérieur. La turbine 5 comprend une entrée de gaz 5a par laquelle le gaz est aspiré par la turbine 5 lors de son fonctionnement et une sortie de gaz 5b, la sortie de gaz 5b étant en communication fluidique avec le circuit patient 10 du ventilateur de manière à y délivrer le gaz respiratoire destiné au patient 11. De façon classique, la turbine 5 aspire l'air ambiant présent dans l'atmosphère via un conduit d'amenée d'air 4 relié à l'entrée de la turbine 5. L'air ambiant pénètre dans le conduit d'amenée d'air 4 par un orifice d'entrée d'air 4a qui communique fluidiquement avec l'atmosphère ambiant. De manière connue en soi, l'aspiration du gaz par la turbine 5 se fait au moyen d'une roue à ailettes mise en rotation par le moteur électrique de la turbine, lors de son fonctionnement. L'air peut être additionné d'oxygène provenant d'une source d'oxygène (02), via un conduit d'alimentation 3 en oxygène venant se raccorder au conduit d'air 4, en un site de raccordement situé en amont de la turbine 5, c'est-à-dire entre l'entrée de gaz 5a de la turbine et l'orifice d'entrée d'air 4a du conduit d'air 4. Le conduit d'alimentation 3 en oxygène comprend classiquement un premier capteur de débit 2 et une première électrovanne proportionnelle 1 située entre la source d'oxygène et le premier capteur 2, alors que la ligne d'alimentation en gaz 8 située en sortie de la turbine 5 comprend classiquement un second capteur de débit 6 et un capteur de pression 7. Les capteurs de débit 2, 6 permettent de mesurer les débits de gaz circulant dans le conduit d'alimentation 3 en oxygène et dans la ligne d'alimentation en gaz 8, alors que le capteur de pression 7 permet de mesurer la pression gazeuse dans la ligne 8. Les mesures de débit opérées par ces capteurs 2, 6 sont transmises aux moyens de pilotage 9 du ventilateur, telle une carte électronique de commande, qui les utilise comme expliqué ci-après. La carte électronique de commande des moyens de pilotage 9 comprend classiquement un ou plusieurs microprocesseurs qui traitent notamment les informations issues des différents capteurs et permettent en conséquence le pilotage des actionneurs. La turbine 5 sert à augmenter la pression de l'air ou du mélange air/02 à une valeur de pression supérieure à la pression atmosphérique (i.e. > 1 bar abs) et le flux gazeux sous pression ainsi obtenu est envoyé ensuite vers les voies respiratoires d'un patient 11 souffrant d'une maladie respiratoire de manière à l'aider à respirer. La turbine 5 délivre donc soit de l'air, soit un mélange gazeux air/02. Lorsqu'il s'agit d'un mélange air/02, le mélange est réalisé en considérant : - d'une part, la concentration souhaitée en oxygène, encore appelée fraction inspirée d'oxygène ou Fi02, c'est-à-dire la teneur en oxygène du mélange final administré au patient 11, et - d'autre part, la nature des gaz servant à réaliser le mélange gazeux, sachant que l'air ambiant contient 21% en volume d'02 et que la source d'02 pressurisé contient en général de l'oxygène pur, c'est-à-dire à une teneur de 100% en volume. Comme mentionné ci-avant, la carte de commande 9 du ventilateur traite les signaux issus des capteurs de débit 2 et 6, pour obtenir un mélange air/02 correspondant à la Fi02 souhaitée, en appliquant la Formule de calcul (1) suivante : Q02 = Qtot*(fi02 - 0.21)/0.79 (1) où : - Q02 est le débit d'oxygène (1/min) mesuré par le premier capteur de débit 2 et transformé par la carte de commande 9, - Qtot est le débit total (1/min) délivré par la turbine mesuré par le deuxième capteur de débit 6 et transformé) par la carte de commande 9, - Fi02 est la concentration souhaitée en oxygène (% en vol.). Pour ce faire, la carte de commande 9 pilote la première électrovanne proportionnelle 1 pour que celle-ci laisse passer plus ou moins d'oxygène dans le conduit d'alimentation 3 en oxygène de sorte que l'équation de la Formule (1) soit en permanence vérifiée. Le mélange air/02 ainsi réalisé et délivré pendant les phases inspiratoires du patient 11. Lors de chaque phase inspiratoire du patient 11, la turbine 5 délivre au patient 11 soit un volume de gaz, dans le cadre d'une ventilation volumétrique, soit une pression gazeuse dans le cadre d'une ventilation barométrique. Dans le cadre d'une ventilation volumétrique, le capteur de débit 6 renvoie à la carte de commande 9 une information en débit et la carte de commande 9 pilote alors la turbine 5 afin que celle-ci ajuste son débit de sortie en conséquence. Le gaz délivré emprunte la canalisation 8 puis la branche inspiratoire 10a du circuit patient 10, avant d'être administré au patient 11 via une interface adaptée, tel un masque. Le circuit patient 10 comprend en outre une branche expiratoire 10b comprenant, de manière classique, une vanne expiratoire à membrane expiratoire 12 commandée par une seconde électrovanne 13 de type proportionnel. Lors des phases inspiratoires, afin que le mélange gazeux air/02 ne puisse s'échapper à l'atmosphère par la vanne expiratoire et puisse être inhalé par le patient 11, la carte de commande 9 actionne par ailleurs la seconde électrovanne 13 afin que la membrane expiratoire 12 de la vanne expiratoire soit maintenue en position fermée. La branche expiratoire 10b du circuit patient 10 est alors obstruée. Dans le cadre d'une ventilation barométrique, le capteur de pression 7 se substitue au second capteur de débit 6 et la carte de commande 9 traite alors les signaux de mesure de pression émanant dudit capteur de pression 7 pour piloter en conséquence la turbine 5. A l'inverse, lors de chaque phase expiratoire, la carte de commande 9 commande la seconde électrovanne 13 qui agit alors sur la membrane 12 pour la faire passer en position ouverte et permettre ainsi une circulation du gaz dans la branche expiratoire 10b du circuit patient 10 et ensuite son évacuation à l'atmosphère, à savoir du gaz expiré par le patient 11 qui est chargé en CO2. Il est à noter qu'à des fins thérapeutiques, la carte de commande 9 peut aussi exploiter le signal de pression renvoyé par le capteur 7 afin de piloter la seconde électrovanne 13 de façon proportionnelle, et par conséquent, la membrane 12 et garantir que l'expiration se fasse à une pression supérieure à la pression ambiante ; on parle alors de pression expiratoire positive ou PEP. Dans le même temps, la carte de commande 9 pilote la turbine 5 de telle manière à délivrer un débit de gaz constant, appelé débit de biais, en exploitant le signal du deuxième capteur de débit 6. Le débit de biais est par exemple compris entre 1 et 10 l/min ; il permet notamment d'éviter l'accumulation de CO2 dans le circuit patient. Ce type de ventilateur classique ne permet pas d'assurer un acheminement de l'oxygène issu de la première électrovanne 1 jusqu'au patient 11 lorsque la turbine 5 est arrêtée, que ce soit pour des questions d'économie d'énergie ou parce qu'elle est défaillante du fait d'un problème technique. En effet, on comprend aisément que le débit d'oxygène délivré par l'électrovanne 1 ne peut pas atteindre le patient 11 car, du fait de l'arrêt de la turbine 5, il remonte la canalisation d'amenée d'air 4 à contre-sens et s'échappe ensuite à l'atmosphère, étant donné que l'extrémité amont de la canalisation d'amenée d'air 4 est ouverte vers l'atmosphère. Afin de résoudre ce problème, selon la présente invention, il est proposé de modifier l'architecture du ventilateur de la Figure 1 afin de pouvoir continuer à délivrer du gaz au patient 11 et donc d'assurer une ventilation dudit patient 11, même lorsque la turbine 5 est arrêtée. La solution selon la présente invention est illustrée en Figure 2. Comme on le voit, l'architecture globale et le principe de fonctionnement du ventilateur selon la présente invention sont identiques à ceux de la Figure 1. On se reportera donc aux explications données ci-dessus. Toutefois, selon la présente invention, afin de résoudre le problème susmentionné et permettre d'assurer un acheminement de l'oxygène issu de la première électrovanne 1 jusqu'au patient 11 même lorsque la turbine 5 est arrêtée, il a été ajouté sur le conduit d'amenée d'air 4 du ventilateur, un organe d'obturation de conduit 14 piloté par la carte de commande 9 de manière à obturer le conduit d'amenée d'air 4 et empêcher toute circulation de gaz en direction de l'orifice d'entrée d'air 4a du conduit 4, lequel communique fluidiquement avec l'atmosphère ambiant. L'organe d'obturation de conduit 14 est avantageusement un dispositif du type actionneur 14 à deux positions de fonctionnement, à savoir une position ouverte et une position fermée. Tout autre dispositif fonctionnant sur le principe ouvert/fermé peut être utilisé. En fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque la turbine 5 fonctionne, l'actionneur 14 est normalement en position ouverte. Il présente une résistance à l'écoulement d'air négligeable, par exemple de l'ordre de 2 cm d'eau pour un débit gazeux de 200 l/min. Le fonctionnement du ventilateur est alors identique à celui d'un ventilateur de l'état de l'art, tel que décrit en Figure 1. Par contre, en cas d'arrêt de la turbine 5, la carte de commande 9 pilote l'actionneur 14 pour le faire passer en position fermée de sorte que le gaz (i.e., 02) délivré par l'électrovanne 1 ne puisse plus remonter dans la canalisation 4 mais puisse, à l'inverse, s'écouler à travers la turbine 5 pour atteindre ensuite le patient 11, via les conduits 8 et 10a. De façon simultanée, la carte de commande 9 pilote également l'électrovanne 1 de manière à alterner : - d'une part, des phases de délivrance de gaz correspondant à des phases inspiratoire du patient 11, et - d'autre part, des phases de non-délivrance de gaz correspondant à des phases expiratoire du patient 11. Pour ce faire, la carte de commande 9 pilote l'électrovanne 1 en réponse à des signaux de débit ou de pression provenant des capteurs de débit 6 ou de pression 7, dans le cadre d'une ventilation volumétrique ou barométrique, respectivement. Pendant les phases de délivrance de gaz, de l'oxygène est autorisé par l'électrovanne 1 à circuler vers le ventilateur 5, à un débit de délivrance D donné. Par contre, pendant les phases de non-délivrance de gaz, l'électrovanne 1 empêche toute circulation d'oxygène vers le ventilateur 5 ou limite cette circulation à un débit faible d, tel que d Il apparaît par ailleurs qu'une telle architecture peut être avantageusement utilisée afin de simplifier et fiabiliser la capacité du ventilateur 5 à effectuer un autodiagnostic. Pour ce faire, on obture d'abord la pièce Y du circuit patient 10 avec un bouchon 11 de manière à permettre à l'ensemble du système formé par le ventilateur 5 et le circuit patient 11 d'être étanche, comme illustré en Figure 3. Ensuite, une première phase consiste notamment à vérifier que le système est étanche et notamment que l'actionneur 14 rempli bien sa fonction lorsque piloté en position fermée par la carte de commande 9. A cette fin, la carte de commande 9 pilote l'électrovanne 13 de manière à fermer la membrane 12 et rendre cette portion du circuit étanche. Dans le même temps, la carte de commande 9 pilote la turbine 5 afin d'élever la pression dans le ventilateur et le circuit patient 10 à un niveau approprié, par exemple 50 cm d'eau au-dessus de la pression ambiante (l'information de pression est issue du capteur 7 et transformée par la carte de commande 9). Lorsque cette pression est atteinte la carte de commande 9 pilote l'actionneur 14, initialement en position ouverte, vers une position fermée. L'électrovanne 1 est elle-même pilotée par la carte de commande 9 en position fermée. Tous les ports d'entrée et sortie du ventilateur, représentées par l'actionneur 14, l'électrovanne 1, le bouchon 11 et la membrane 12, sont maintenus en position fermée et le système est alors clos. La carte de commande 9 arrête alors la turbine 5 tout en réalisant dans le même temps la lecture du signal de pression issu du capteur 15. Cette lecture est réalisée pendant 10 secondes environ après arrêt de la turbine 5 : à l'issue de ces 10 secondes, si la valeur de pression reste au-dessus de 90% de la valeur initialement lue, le système dans son ensemble est considéré comme étanche, c'est-à-dire que ses différents ports d'entrée et sortie sont fonctionnels, notamment l'actionneur 14. Avoir l'assurance d'une telle intégrité permet notamment de réaliser un contrôle de cohérence des capteurs de débit 2 et 6. Pour ce faire, l'actionneur 14 est maintenu par la carte de commande 9 en position fermée. Cette même carte de commande 9 pilote l'électrovanne 13 de telle manière à ouvrir la membrane 12 et permettre la circulation d'un débit à travers les branches inspiratoire 10a et expiratoire 10b du circuit patient 10. La carte de commande pilote alors l'électrovanne 1 afin de générer un ou plusieurs débits étalons en se basant sur la valeur issue du capteur de débit 2 et de comparer cette ou ces valeurs à la valeur de débit récupérée du capteur 6 par la carte de commande 9. Si la ou les valeurs de débit sont cohérentes entre elles, il apparaît que les deux capteurs 2 et 6 sont fonctionnels, ce qui garantit la qualité de ventilation du patient 11. L'appareil de ventilation de l'invention est utilisable pour traiter toute pathologie respiratoire nécessitant une administration d'air ou d'un mélange d'air enrichi en oxygène à un patient atteint de ladite pathologie respiratoire. REVENDICATIONS1. Appareil d'assistance respiratoire comprenant : - une turbine (5) à moteur électrique comprenant une entrée de gaz (5a) et une sortie de gaz (5b), la sortie de gaz (5b) de la turbine (5) étant en communication fluidique avec un circuit patient (10), - un conduit d'amenée d'air (4) comprenant un orifice d'entrée d'air (4a) communiquant fluidiquement avec l'atmosphère ambiant, ledit conduit d'amenée d'air (4) par ailleurs relié fluidiquement à l'entrée de gaz (5a) de la turbine (5), - un conduit d'alimentation en oxygène (3) venant se raccorder au conduit d'amenée d'air (4), en un site de raccordement (16) situé en amont de l'entrée de gaz (5a) de la turbine (5), le conduit d'alimentation en oxygène (3) étant en communication fluidique avec le conduit d'amenée d'air (4), et - des moyens de pilotage (9) coopérant avec la turbine (5) de manière à pouvoir détecter tout arrêt de fonctionnement de ladite turbine (5), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe d'obturation de conduit (14) agencé sur le conduit d'amenée d'air (4) entre l'orifice d'entrée d'air (4a) et le site de raccordement (16) du conduit d'alimentation en oxygène (3) au conduit d'amenée d'air (4), ledit organe d'obturation de conduit (14) étant piloté par les moyens de pilotage (9) de manière à empêcher toute circulation de gaz vers l'orifice d'entrée d'air (4a) lorsque les moyens de pilotage (9) détectent un arrêt du fonctionnement de la turbine (5). 2. Appareil selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'organe d'obturation de conduit (14) comprend un actionneur (14) à deux positions de 25 fonctionnement comprenant : - une position ouverte dans laquelle le gaz peut circuler dans le conduit d'amenée d'air (4), et - une position fermée dans lequel le gaz ne peut pas circuler dans le conduit d'amenée d'air (4) et sortir dudit conduit d'amenée d'air (4) par l'orifice d'entrée d'air 30 (4a). 3. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une première électrovanne (1) est agencée sur le conduit d'alimentation en oxygène (3)et est commandée par les moyens de pilotage (9) de manière à ajuster le débit d'oxygène circulant dans ledit conduit d'alimentation en oxygène (3). 4. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque les moyens de pilotage (9) sont configurés pour détecter un arrêt du fonctionnement de la turbine (5), et piloter la première électrovanne (1) de manière à alterner : - des phases de délivrance de gaz durant lesquelles de l'oxygène peut traverser la première électrovanne (1) à un débit de délivrance D donné, et 10 - des phases de non-délivrance de gaz durant lesquelles de l'oxygène ne traverse pas la première électrovanne (1) ou la traverse à un débit limité d. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de pilotage sont configurés pour piloter la première électrovanne lors des phases de non- 15 délivrance de gaz, de manière à ce que de l'oxygène traverse la première électrovanne (1) à un débit d limité inférieur ou égal à 10 1/min. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de pilotage sont configurés pour piloter la première électrovanne lors des phases de délivrance 20 de gaz, de manière à ce que de l'oxygène traverse la première électrovanne (1) à un débit de délivrance D inférieur ou égal à 200 1/min. 7. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie de gaz (Sb) de la turbine (5) est reliée fluidiquement au un circuit patient (10) par 25 l'intermédiaire d'une ligne d'alimentation en gaz (8). 8. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne d'alimentation en gaz (8) comprend un second capteur de débit (6) et un capteur de pression (7), et lesdits moyens de pilotage (9) pilotent la première électrovanne (1) en 30 réponse à des signaux provenant du second capteur de débit (6) ou du capteur de pression (7). 9. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit d'amenée d'air (4) comprend un capteur de pression (15) additionnel.