Brevet FR3046694A1 — publié le 20170714

L'invention porte sur un dispositif mécanique de type poumon-test permettant de mimer les respirations et régimes de pression au sein du système respiratoire d'un individu soumis à des compressions thoraciques, en cas de réanimation cardio-pulmonaire, et servant pour des tests d'appareils ou lors de démonstrations ou de formations de personnel soignant. Un « poumon-test » est un dispositif mécanique utilisé par les fabricants d'appareils de ventilation artificielle, tels les ventilateurs médicaux, pour mimer, c'est-à-dire simuler le comportement du système respiratoire et les transferts gazeux ayant habituellement lieu chez un individu, pendant la respiration. De façon complémentaire, une action extérieure d'écrasement puis de relâchement de ce « poumon-test » permet de simuler les échanges gazeux et la mécanique respiratoire d'un individu quand il est soumis à des compressions thoraciques en cas de réanimation cardio-pulmonaire. Ce dispositif sert lors de la conception des appareils médicaux servant en cas de réanimation cardio-pulmonaire ou RCP, ou lors de démonstrations d'appareils médicaux, par exemple sur des stands de foires ou salons professionnels. Un « poumon test » est généralement composé d'une partie pneumatique et d'une partie mécanique. La partie pneumatique, imitant les poumons, comprend un réservoir flexible, c'est-à-dire souple et/ou deformable, appelé « ballon » raccordé à l'air ambiant ou au circuit du ventilateur via un connecteur adapté. Ce réservoir forme une enveloppe pour un gaz, typiquement de l'air, ou un mélange d'air et d'oxygène, dont le volume lorsqu'il est pleinement rempli, est typiquement compris entre 20 et 5000mL. Il est généralement constitué de matériau de type polymère, élastomère, caoutchouc ou analogue, dont la dureté est typiquement comprise entre 20 et 90 Shore A souple. Le connecteur adapté comprend une partie externe et une partie interne. La partie interne présente un orifice, dont le diamètre ou la surface de passage peut être astucieusement choisi pour simuler la résistance des voies aériennes d'un individu, pour obtenir des résistances typiquement comprises entre 0 et 200cmH2O.s.L-1. Par ailleurs, la partie mécanique comprend deux surfaces rigides, telles des plaques, articulées entre elles en se faisant face, et sert à simuler le caractère élastique de la cage thoracique. Les deux surfaces rigides prennent le réservoir flexible en sandwich entre elles. 3046694 2 Elles appliquent une contrainte au réservoir souple, tendant à l'empêcher de se remplir pendant la phase d'inspiration. A l'opposé, pendant la phase expiratoire, cette contrainte provoque la vidange du réservoir souple. Cette contrainte entraine une relation entre le volume contenu dans le réservoir flexible et la pression nécessaire pour l'atteindre, le 5 coefficient qui lie ces 2 paramètres est appelé compliance. Les deux surfaces rigides permettent de transmettre uniformément les compressions qui leur sont appliquées par un utilisateur, au réservoir souple qui se déforme alors sous l'effet de chaque compression en expulsant l'air qu'il contient vers le circuit du ventilateur auquel il est raccordé. Cette action s'accompagne d'une augmentation de la pression au sein du réservoir souple, 10 typiquement comprise entre 1 et 300 mbar au-dessus de la pression atmosphérique, le plus souvent entre 5 et 100 mbar au-dessus de la pression atmosphérique, provoquée par les résistances s'opposant à l'évacuation de l'air. En position de repos, le volume contenu dans le poumon, s'appelle la Capacité Résiduelle Fonctionnelle (CRF). Lors de la compression de la cage thoracique du patient, 15 le volume résiduel contenu dans le poumon devient inférieur à la CRF. Lors de la phase de relâchement du massage cardiaque, les forces élastiques de la cage thoracique du patient, tendent à rétablir au sein du poumon un volume équivalent à celui de la CRF en créant une dépression au sein de ce dernier. Cette chute de pression génère un débit qui va remplir le poumon et restaurer la CRF. 20 Le problème qui se pose actuellement est que, si les poumons-tests existant répondent bien lors de chaque phase de compression, c'est-à-dire qu'ils expulsent efficacement le gaz du volume interne du réservoir flexible, ils peinent souvent à reproduire la phase de non-compression, c'est-à-dire de relâchement du massage cardiaque, séparant deux phases de compression successives et de rétablissement du volume initial. 25 Le rétablissement du volume initial, qui s'apparente à la CRF, est d'autant plus important qu'il conditionne le volume expulsé lors de la future phase de compression. L'absence, ou une réduction du volume initial, annule ou limite la possibilité de comprimer le poumon-test. Pour reproduire fidèlement la phase de relâchement du massage cardiaque, le 30 réservoir flexible doit retrouver sa position initiale de façon active, de telle sorte que la pression à l'intérieur du réservoir soit inférieure à la pression en entrée, typiquement entre -100 mbar et -1 mbar, et qu'un débit tendant à le remplir soit généré. A défaut de retour actif du réservoir à sa position initiale, il s'ensuit alors des transferts gazeux imparfaits ou faussés entre le poumon-test et le ventilateur, ce qui peut 3046694 3 compliquer la mise au point des machines ou fausser les essais de démonstration des appareils. La présente invention vise à résoudre ce problème en proposant un dispositif de type poumon-test amélioré qui soit apte à retrouver sa forme initiale de façon active lors 5 des phases de non-compression thoracique, c'est-à-dire de relâchement de compression. La solution de l'invention porte alors sur un dispositif de type poumon-test comprenant : - un réservoir flexible, c'est-à-dire souple et/ou déformable, délimitant un volume interne apte à recevoir du gaz, et un orifice de passage de gaz en communication fluidique 10 avec l'intérieur du volume interne, et - deux surfaces rigides articulées entre elles et se faisant face de manière à prendre le réservoir flexible en sandwich entre elles, caractérisé en ce qu'un élément élastique est agencé dans le réservoir flexible de manière à déformer le réservoir flexible, suite à une compression du poumon-test, et à 15 générer un flux de gaz entrant dans le réservoir flexible, c'est-à-dire un débit de gaz entrant. Ainsi, après avoir été vidé de son volume de gaz, du fait de la compression appliquée par un utilisateur sur le poumon-test, le réservoir flexible retrouve son volume initial, c'est-à-dire se remplit de gaz. 20 Le volume de gaz contenu dans le réservoir flexible en l'absence de toute contrainte appliquée par l'une ou les deux surfaces rigides articulées et par l'élément élastique est appelé le « volume initial ». Selon le cas, le dispositif de type poumon-test de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : 25 - le flux de gaz entre dans le réservoir flexible par l'orifice de passage de gaz. - l'élément élastique est agencé entre les deux surfaces rigides. - l'élément élastique est agencé entre les deux surfaces rigides et agit, directement ou indirectement, sur lesdites deux surfaces rigides d'une manière tendant à normalement éloigner lesdites deux surfaces rigides l'une de l'autre. 30 - l'élément élastique agit, directement ou indirectement, sur lesdites deux surfaces rigides d'une manière tendant à normalement éloigner lesdites deux surfaces rigides l'une de l'autre et à engendrer le flux de gaz entrant dans le réservoir flexible. - l'élément élastique comprend au moins un ressort, en particulier un ressort de compression. 3046694 4 - l'élément élastique comprend un matériau souple, en particulier un matériau à mémoire de forme. - l'élément élastique ne transmet plus de contraintes au réservoir flexible ou aux deux surfaces rigides quand le volume contenu dans le réservoir souple est supérieur au 5 volume initial. - l'élément élastique transmet une contrainte au réservoir souple ou aux deux surfaces rigides, tendant à vider le réservoir souple quand le volume contenu est supérieur au volume initial, dans le but que le volume contenu redevienne égal à ce volume initial. - les deux surfaces rigides articulées sont agencées de manière à transmettre au 10 moins une compression lui étant appliquée par un utilisateur, au réservoir flexible qui se déforme sous l'effet de ladite au moins une compression en expulsant le gaz contenu dans son volume interne par ledit orifice de passage de gaz. - les deux surfaces rigides articulées sont agencées de manière à former un système élastique capable de se déformer dans une direction tendant à les éloigner et dans une 15 direction tendant à les rapprocher. Après déformation, le système élastique ainsi constitué, retrouve une position d'équilibre correspondant à l'absence de contrainte extérieure appliquée par l'utilisateur. - les deux surfaces rigides articulées sont agencées de manière à former un système élastique capable de se déformer dans une direction tendant à les éloigner, de par la force 20 exercée par le réservoir flexible, quand ce dernier est rempli d'un volume de gaz supérieur à son volume initial. - les deux surfaces rigides articulées sont agencées de manière à former un système élastique capable de contraindre le réservoir flexible à retrouver son volume initial quand il est rempli au-delà de ce dit volume initial. 25 - le réservoir flexible est relié mécaniquement aux deux surfaces rigides articulées de telle sorte que ces derniers, lors de la phase de relâchement de la compression, contraignent le réservoir flexible à retrouver sa position initiale et son volume initial. - le réservoir flexible comprend un connecteur agencé au niveau de l'orifice de passage de gaz. Ce connecteur permet le raccordement fluidique du réservoir flexible à un 30 appareil médical. - le réservoir flexible est formé de polymère, d'élastomère, de caoutchouc ou analogue, dont la dureté est typiquement comprise entre 20 et 90 Shore A souple. - le réservoir flexible forme une enveloppe étanche conçue pour contenir du gaz, typiquement de l'air. 3046694 5 - les deux surfaces rigides articulées entre elles sont des plaques. - les deux surfaces rigides articulées entre elles sont des plaques en polymère. - la surface externe du réservoir flexible est en contact avec les surfaces internes des plaques se faisant face l'une à l'autre. 5 - les deux surfaces rigides articulées forment ou font partie d'une structure tridimensionnelle au sein de laquelle est agencé le réservoir flexible. - le diamètre ou la surface de passage de l'orifice de passage de gaz est choisi pour simuler la résistance des voies aériennes d'un individu, en particulier pour obtenir des résistances typiquement comprises entre 0 et 200 cm H20.s.L-1. 10 L'invention porte aussi sur un ventilateur médical ou appareil d'assistance respiratoire relié fluidiquement à un dispositif de type poumon-test selon l'invention. 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 : 15 - la Figure 1 schématise un mode de réalisation d'un poumon-test selon l'invention, - la Figure 2 schématise le poumon-test de la Figure 1 lorsqu'il subit une compression, et - la Figure 3 schématise le poumon-test de la Figure 1 lorsqu'il subit une 20 décompression, c'est-à-dire un relâchement. La Figure 1 schématise un mode de réalisation d'un dispositif mécanique de type « poumon-test » selon l'invention. Ce poumon-test comprend classiquement un réservoir flexible 1, c'est-à-dire souple et déformable, délimitant un volume interne 3 apte à recevoir du gaz, typiquement de l'air, 25 et un orifice de passage de gaz 4 en communication fluidique avec l'intérieur du volume interne 3. Le réservoir flexible 1 forme donc une enveloppe étanche apte à recevoir un gaz, typiquement de l'air. Il est aussi appelé « ballon » ou « ballon-réservoir ». Le réservoir flexible 1 sert à simuler des poumons d'une personne et plus 30 précisément à mimer les échanges d'air entrant et sortant (en 7) et les variations du volume de gaz (en 3) contenu dans les poumons d'une personne subissant une réanimation cardio-pulmonaire ou RCP. Par ailleurs, il comprend en outre deux surfaces ou parois rigides 2 articulées entre elles et se faisant face lesquelles viennent prendre le réservoir flexible 1 en sandwich entre 3046694 6 elles, c'est-à-dire que le réservoir flexible 1 ou ballon est agencé entre les deux surfaces ou parois rigides 2. Les deux surfaces ou parois rigides 2 articulées entre elles forment une structure mécanique tridimensionnelle englobant le réservoir flexible 1 et servant à simuler 5 l'élasticité de la cage thoracique d'une personne. Exercer des compressions manuelles sur cette structure va simuler les mouvements de la cage thoracique en cas de RCP. Selon l'invention, un élément élastique 5 est agencé entre les deux surfaces rigides 2 de cette structure mécanique tridimensionnelle. Cet élément élastique 5 agit, directement ou indirectement, sur les deux surfaces rigides 2 d'une manière tendant à normalement 10 éloigner lesdites deux surfaces rigides 2 l'une de l'autre, c'est-à-dire à les repousser ou écarter l'une de l'autre. Avantageusement, l'élément élastique 5 est agencé dans le volume interne 3 du ballon 1 et vient repousser les parois de l'élément élastique 5 en éloignement en direction des deux surfaces ou parois rigides 2 articulées de la structure mécanique 15 tridimensionnelle. En d'autres termes, l'invention se propose de rajouter un (ou plusieurs) moyen ou élément élastique 5, tel un ressort de compression, perpendiculairement aux deux surfaces rigides 2 articulées afin de permettre la ré-expansion du réservoir flexible, c'est-à-dire du ballon-test, après chaque appui, c'est-à-dire compression, simulant un massage cardiaque. 20 L'élément élastique 5 est ici un ressort de compression. Toutefois, il peut revêtir d'autres formes comme par exemple être constitué d'un matériau souple, déformable ou résilient, c'est-à-dire possédant une mémoire de forme ou équivalent, comme un bloc de mousse, d'éponge, de caoutchouc ou analogue. Les Figures 2 et 3 permettent de comprendre le fonctionnement du poumon-test de 25 la Figure 1 lorsqu'il subit une compression de la part d'un utilisateur (Fig. 2), suivie d'une décompression (Fig. 3), par exemple dans le cas d'une démonstration de réalisation de compressions thoraciques lors d'une RCP. Ainsi, comme illustré en Figure 2, lorsqu'un utilisateur communique une force de compression 10 au poumon-test 1, en exerçant une pression manuelle sur l'une et/ou 30 l'autre des surfaces rigides 2, pour simuler un massage cardiaque en cours, le ressort 5 se comprime (en 12) et une partie de l'air contenu dans le volume interne 3 du poumon-test 1 est éjecté (en 11) vers l'extérieur par l'orifice 4, en direction d'un ventilateur (non montré) raccordé fluidiquement au raccord 6 permettant ainsi au ventilateur de détecter une compression thoracique. 3046694 7 A l'inverse, la détente 15 du ressort 5 à l'intérieur du poumon-test 1 permet à la fin de la compression externe, c'est-à-dire lors du relâchement de compression de la part de l'utilisateur, de générer une force de pression négative (en 17) à l'intérieur du ballon 1 et de générer un flux d'air de l'extérieur vers l'intérieur (en 16) du ballon 1. Ceci permet alors au 5 ventilateur (non montré) pourvu d'un mode de ventilation cardio-pulmonaire de détecter correctement les compressions simulées sur ce poumon-test 1, ainsi qu'illustré en Figure 3. REVENDICATIONS1. Dispositif de type poumon-test comprenant : - un réservoir (1) flexible délimitant un volume interne (3) apte à recevoir du gaz, et 5 un orifice de passage de gaz (4) en communication fluidique avec l'intérieur du volume interne (3), et - deux surfaces rigides (2) articulées entre elles et se faisant face de manière à prendre le réservoir flexible (1) en sandwich entre elles, caractérisé en ce qu'un élément élastique (5) est agencé dans le réservoir flexible 10 (1) de manière à déformer le réservoir flexible (1), suite à une compression du poumon- . test, et à générer un flux de gaz (16) entrant dans le réservoir flexible (1). 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'élément élastique (5) est agencé à l'intérieur du réservoir flexible (1), de préférence l'élément 15 élastique (5) est agencé entre les deux surfaces rigides (2) et agit, directement ou indirectement, sur lesdites deux surfaces rigides (2) d'une manière tendant à normalement éloigner lesdites deux surfaces rigides (2) l'une de l'autre 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 20 l'élément élastique (5) comprend au moins un ressort. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément élastique (5) comprend un matériau souple, en particulier un matériau à mémoire de forme. 25 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux surfaces rigides (2) articulées sont agencées de manière à transmettre au moins une compression lui étant appliquée par un utilisateur, au réservoir flexible (1) qui se déforme sous l'effet de ladite au moins une compression en expulsant le gaz contenu dans 30 son volume interne (3) par ledit orifice de passage de gaz (4). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir flexible (1) comprend un connecteur (6) agencé au niveau de l'orifice de passage de gaz (4). 3046694 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir flexible (1) est formé de polymère, d'élastomère, de caoutchouc ou analogue, dont la dureté est typiquement comprise entre 20 et 90 Shore A souple. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux surfaces rigides (2) articulées entre elles sont des plaques, de préférence des plaques déformables en polymère. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 10 les deux surfaces rigides (2) articulées forment ou font partie d'une structure tridimensionnelle au sein de laquelle est agencé le réservoir flexible (1).