Brevet FR3055700A1 — publié le 20180309

La présente invention concerne un débitmètre à oscillation fluidique utilisable en oxygénothérapie, et un dispositif de suivi ou d' observance d'un traitement d' oxygénothérapie équipé d'un tel débitmètre à oscillation fluidique, et installation d' oxygénothérapie associée. Dans le cadre d'un traitement par oxygénothérapie d'un patient à domicile, on utilise habituellement un dispositif de suivi ou d'observance, venant s'insérer entre la source de gaz, typiquement une source d' oxygène, et le patient, de manière à permettre de suivre les consommations d'oxygène par le patient et s'assurer ainsi que celui-ci observe bien son traitement. Un tel dispositif peut être équipé d'un module de communication permettant de transmettre les données à distance, par exemple à un serveur distant. Ainsi, WO-A-2009/136101 décrit un dispositif de suivi de l'oxygénothérapie chez un patient soigné à son domicile par administration d' oxygène comprenant un boitier traversé par un conduit, un ou plusieurs capteurs de pression, un microprocesseur, une mémoire, une batterie d'alimentation en courant électrique et une antenne radiofréquence. EP-A-2670463 propose un dispositif analogue incluant en outre un accéléromètre permettant de suivre les besoins variables en oxygène du patient en fonction de son activité physique, en particulier activité normale ou soutenue, faible activité ou repos, ou sommeil par 20 exemple. Par ailleurs, EP-A-2506766 enseigne un dispositif permettant de suivre la respiration d'un patient comprenant un capteur de pression différentiel agencé sur un conduit de gaz comprenant en outre une configuration interne de type venturi. Ce dispositif est principalement dédié à la détection des apnées ou hypopnées chez un patient traité sous pression positive continue. 25 En outre, EP-A-2017586 propose un dispositif permettant de suivre la respiration du patient en ventilation normale ou sous pression positive continue. Il comprend un conduit de gaz équipé d'un élément réducteur de diamètre engendrant une perte de charge et un capteur de pression différentielle permettant de déterminer la pression et le débit du gaz. Or, ces dispositifs connus ne sont pas idéaux car ils sont, selon le cas, encombrants, 30 fortement consommateurs d'énergie, sensibles à la dérive des capteurs, imprécis pour estimer le 3055700 2 volume de gaz fourni au patient, notamment pour les débits faibles, ou encore sensibles aux variations de pression de la source... Au vu de cela, le problème qui se pose est de permettre d'améliorer la détermination du débit du gaz administré au patient et qui soit de préférence de faible consommation électrique, de 5 faible encombrement, c'est-à-dire miniaturisé et peu couteux. La solution de l'invention est alors un débitmètre à oscillation fluidique utilisable en oxygénothérapie, en particulier destiné à équiper un dispositif d'observance de patient, comprenant : - une chambre de stabilisation comprenant un élément stabilisateur de flux, 10 - une chambre d'oscillation comprenant un élément à reflux configuré pour créer au moins un tourbillon gazeux oscillant (ou « vortex ») dans la chambre d'oscillation, l'élément à reflux étant compris entre deux parois parallèles délimitant la chambre d'oscillation, - un conduit de liaison reliant fluidiquement la chambre de stabilisation à la chambre d'oscillation, et 15 - un plan de symétrie P séparant le conduit de liaison, la chambre de stabilisation, l'élément stabilisateur de flux, la chambre d'oscillation fluidique et l'élément à reflux en deux parties égales et symétriques par rapport audit plan de symétrie P, caractérisé en ce que : - l'une desdites deux parois parallèles délimitant la chambre d'oscillation comprend deux orifices de mesure agencés symétriquement par rapport au plan de symétrie et séparés l'un de l'autre d'une distance d comprise entre 0.5 mm et 15 mm, et - le conduit de liaison a une section rectangulaire de largeur 1,, et de hauteur ho telles que : ho > 4.1o, c'est-à-dire que la hauteur ho est supérieure ou égale à 4 fois la largeur 1,, du conduit de liaison. Selon le cas, l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - la largeur 1,, et la hauteur ho du conduit de liaison sont telles que : ho > 5.1o, de préférence ho > 6.10 . - le conduit de liaison de section rectangulaire a une longueur Lo telle que 2.10 ) représentées en Figure 1. Le flux de gaz, par exemple de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène, arrive par un canal d'entrée 4 est relié fluidiquement au premier orifice d'entrée 12 de la chambre de stabilisation 1 et pénètre 20 dans ladite chambre de stabilisation 1, via ce premier orifice d'entrée 12. Au sein de la chambre de stabilisation 1, le flux est soumis à une stabilisation par l'élément stabilisateur de flux 11, qui est de section se rapprochant de celle triangulaire avec sa base orientée en vis-à-vis du débouché du canal d'entrée 4, donc en face du premier orifice d'entrée 12. En fait, la section de l'élément stabilisateur de flux 11 est légèrement concave en se 25 rapprochant de plus en plus de l'entrée 13 du conduit 3. Le flux gazeux contourne donc l'élément stabilisateur de flux 11 en passant dans des passages 15 aménagés de part et d'autre de celui-ci. Les passages 15 sont en fait délimités par la surface externe de l'élément stabilisateur de flux 11 et par la paroi périphérique interne 14 de la chambre de stabilisation 1. En d'autres termes, l'élément stabilisateur de flux 11 est espacé de la 30 paroi périphérique 14 de la chambre de stabilisation 1 de manière à créer des passages 15 pour le gaz autour dudit élément stabilisateur de flux 11. 3055700 8 Le flux gazeux ressort ensuite de la chambre de stabilisation 1 par le premier orifice de sortie 13 et est acheminé par le conduit de liaison 3 qui relie fluidiquement le premier orifice de sortie 13 de la chambre de stabilisation 1 au second orifice d'entrée 23 de la chambre d' oscillation 2. 5 Les premier et second orifices d'entrée 12, 23 et les premier et second orifices de sortie 13, 26 sont agencés de façon symétrique par rapport au plan de symétrie P, comme visible sur la Figure 1. Selon la présente invention, afin de pouvoir assurer des mesures efficaces, il convient de configurer et dimensionner le conduit de liaison 3 de manière particulière. Ainsi, selon 10 l'invention, le conduit de liaison 3 est de section rectangulaire, c'est-à-dire qu'il est de forme générale parallélépipédique, avec une largeur 1,, et une hauteur ho telles que : ho > 4.10, où la largeur 1,, est par exemple de 0.2 à 0.7 mm ; ceci est illustré en Figure 13. Avantageusement, on choisit ho et lo, tels que : ho > 5.10, de préférence encore : ho > 6.10. En d'autres termes, choisir un conduit de liaison 3 dont la largeur sera faible/petite par 15 rapport à sa hauteur va permettre d'obtenir un flux laminaire en 2D et à vitesse suffisamment élevée, ce qui va favoriser son oscillation dans la chambre de reflux 2. Par ailleurs, il convient aussi préférentiellement de veiller à respecter une longueur Lo du conduit de liaison 3 par rapport à sa largeur lo, telle que 2.10 ). Un module de pilotage et de traitement 35, telle une carte électronique, est relié 25 électriquement aux capteurs 31, 32 et au débitmètre 33 de manière à récupérer et traiter les mesures opérées par les capteurs 31, 32 et le débitmètre 33. Une source d'énergie, telle une batterie électrique ou une pile, permet d'alimenter le module de pilotage et de traitement 35 en courant électrique. La Figure 4 schématise une installation d'oxygénothérapie selon l'invention 30 comprenant une source de gaz respiratoire 41, qui est ici une bouteille de gaz, et une interface de distribution de gaz 42 permettant de distribuer le gaz respiratoire à un patient, tel qu'ici des 3055700 10 canules nasales, et un dispositif 30 de suivi ou d'observance à débitmètre à oscillation fluidique selon l'invention, tel celui schématisé en Figure 3. Afin de montrer l'importance du bon positionnement des orifices de mesure 24, 25 selon la présente invention, des essais de simulation ont été réalisés comme expliqué ci-après. 5 La géométrie du débitmètre choisi (cf. Figure 1) pour les essais de simulation en 2D et les paramètres de simulation sont les suivants : - modélisation avec le logiciel Ansys Fluent, et maillage en 2D avec Ansys ICEM CFD sur une base de 47881 mailles. - condition aux limites d'entrée : débit d'entrée fixé. 10 - condition aux limites à la sortie : débit sortant. - simulation en instationnaire. - modèle laminaire. Plusieurs orifices de mesure virtuels OM1 à 0M4 ont été positionnés pour évaluer l'impact de leur emplacement/positionnement, en termes d'amplitude et de fréquence du signal 15 de pression associé. On a fait varier le positionnement des orifices de mesure 24, 25 (appelés OM1 à 0M4 sur Figure 5) reliés aux microphones ou organes de mesure de pression mesurant la présence ou non d'une dépression. Tableau : Différentes positions des axes des orifices de mesure par rapport à l'origine des axes se trouvant au centre du cercle intérieur de la cavité Position des capteurs x (mm) y (mm) 1 -1.5 2.25 2 -1.5 -2.25 3 3.5 2 4 3.5 -2 20 Après plusieurs essais de positionnement des orifices OM1 à 0M4 (cf. Tableau ci-avant), il a été noté que la mesure de pression qui permet de déduire le débit du gaz n'est pas correcte, lorsque la place des prises de mesure acoustique n'est pas choisie avec soin. En effet, dans le cadre des essais, il a été mis en évidence qu'il convient de positionner les 25 orifices de mesure 24, 25 reliés aux capteurs, symétriquement par rapport au plan P et en respectant une distance d entre les axes des prises de mesure comprise entre 0.5 et 15 mm et ce, 3055700 11 pour garantir des mesures de qualité. Les meilleurs résultats sont obtenus pour une distance d entre les axes des prises de mesure comprise entre 1 et 10 mm, préférentiellement entre 1 et 6 mm, typiquement de l'ordre de 3 à 5 mm. Avantageusement leur position est choisie de préférence dans la zone Z3 de la Figure 1, 5 qui sont délimitées notamment par la droite perpendiculaire en entrée de la chambre d'oscillation 2 au plan de symétrie P, et la droite correspondant à l'intersection entre le plan de symétrie et la cavité semi-cylindrique de l'organe de reflux 21. Ces résultats sont représentés sur les Figures 6 à 12. Le débit d'oxygène de 5 L/min pour les Figures 6 à 9, et de 4 L/min pour les Figures 10 à 12. 10 La Figure 6 représente les signaux de pression (en Pa) en fonction du temps pour les deux orifices de mesure OM1 et 0M2, alors que la Figure 7 représente le signal de différence de pression (en Pa) entre les deux orifices de mesure OM1 et 0M2 en fonction du temps (en sec). De même, la Figure 8 représente les signaux de pression (en Pa) en fonction du temps (en sec) pour les deux orifices de mesure 0M3 et 0M4, alors que la Figure 9 représente le signal de 15 différence de pression (en Pa) entre les deux orifices de mesure 0M3 et 0M4 en fonction du temps (sec). Sur la figure 6, on voit le signal de pression en fonction du temps (sec) vu par les capteurs (microphones) reliés aux deux orifices de mesure OM1 et 0M2 placés dans la zone Z3 et symétriquement par rapport au plan P. L'emplacement exact des deux orifices de mesure est 20 défini dans le tableau ci-avant. L'amplitude de variation du signal de pression (différence entre les valeurs maximum et le minimum) en fonction du temps pour les 2 deux orifices de mesure OM1 et 0M2 est de 17 Pa. Il est préférable de faire la différence des signaux des 2 capteurs (Figure 7). En effet, cela permet de presque doubler l'amplitude de variation de pression (on passe de 17 Pa à 34 Pa) mais aussi de limiter le bruit qui peut apparaître sur les signaux de 25 pression (bruit dû à la variation de pression liée à la fréquence respiratoire par exemple). Sur la Figure 8, on voit le signal de pression en fonction du temps vu par les deux orifices de mesure 0M3 et 0M4 placés en dehors la zone Z3. On remarque qu'ils sont à la même phase de variation, alors que dans le cas des deux orifices de mesure OM1 et 0M2, ils étaient en opposition de phase. L'amplitude de variation de pression pour les 2 deux orifices de mesure est 30 de seulement 5 Pa, donc nettement plus faible que la valeur de 17 Pa pour les deux orifices de mesure OM1 et 0M2. La différence des 2 signaux de pression pour ces 2 deux orifices de mesure 3055700 12 (voir Figure 9) reste presque à la même amplitude de 5 Pa, alors que l'amplitude de la différence de pression pour les deux orifices de mesure OM1 et 0M2 est nettement plus élevée à 34 Pa. En conclusion, il faut placer les deux orifices de mesure reliés aux capteurs de pression ou microphones dans la zone Z3 mais surtout symétriquement par rapport au plan P et en respectant 5 une distance d entre eux comprise entre 0.5 et 10 mm, de préférence de l'ordre de 1.5 à 6 mm. Pour montrer l'importance de faire la différence des signaux des 2 capteurs de pression ou microphones afin d'extraire la fréquence d'oscillation, les Figures 10 et 11 montrent les signaux de pression (en Pa) captés séparément par les orifices de mesure OM1 (aussi appelé « Sonde 1 ») et 0M2 (aussi appelé « Sonde 2 ») pour un débit d'oxygène de 4 L/min, ainsi que la différence de 10 ces 2 signaux (Figure 12). Si on examine séparément le signal de pression relevés par les Sondes 1 et 2 (i.e. les orifices de mesure OM1 et 0M2), il est plus difficile d'extraire la fréquence d'oscillation, alors que celle-ci est bien plus visible sur la différence des signaux. D'où la nécessité de faire la différence des signaux de pression et surtout à haut débit, i.e. supérieur à 1 L/min. D'autre part, 15 cela permet d'éliminer dans le cas où existent le bruit électronique sur les 2 capteurs et le bruit acoustique ambiant, ainsi que les variations de pression induites par la fréquence respiratoire du patient. En effet, tous ces bruits (électronique, acoustique, respiration du patient) perturbent les signaux de pression des 2 capteurs de la même façon. Il est donc préférable de les éliminer en opérant une différence entre les signaux de pression. 20 Le débitmètre à oscillation fluidique de l'invention est particulièrement bien adapté à une utilisation au sein d'un dispositif de suivi ou d'observance d'un traitement d'oxygénothérapie d'un patient à domicile, ledit dispositif de suivi ou d'observance étant relié, d'une part, à une source de gaz respiratoire et, d'autre part, à une interface de distribution de gaz, tel un masque respiratoire, une canule nasale ou analogue, servant à fournir du gaz respiratoire, typiquement de 25 l'oxygène gazeux, au patient. REVENDICATIONS1. Débitmètre à oscillation fluidique comprenant : - une chambre de stabilisation (1) comprenant un élément stabilisateur de flux (11), - une chambre d'oscillation (2) comprenant un élément à reflux (21) configuré pour créer au moins un tourbillon gazeux oscillant dans la chambre d'oscillation (2), ledit élément à reflux (21) étant compris entre deux parois parallèles (28, 29) délimitant la chambre d'oscillation (2), - un conduit de liaison (3) reliant fluidiquement la chambre de stabilisation (1) à la chambre d'oscillation (2), et - un plan de symétrie (P) séparant le conduit de liaison (3), la chambre de stabilisation (1), l'élément stabilisateur de flux (11), la chambre d'oscillation fluidique (2) et l'élément à reflux (21) en deux parties égales et symétriques par rapport audit plan de symétrie (P), caractérisé en ce que : - l'une desdites deux parois parallèles (28, 29) délimitant la chambre d'oscillation (2) comprend deux orifices de mesure (24, 25) agencés symétriquement par rapport au plan de symétrie (P) et séparés l'un de l'autre d'une distance (d) comprise entre 0.5 mm et 15 mm, et - le conduit de liaison (3) a une section rectangulaire de largeur 10 et de hauteur ho telles que : ho > 4.10 . 2. Débitmètre selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la largeur 10 et la hauteur h0 du conduit de liaison (3) sont telles que : ho > 5.1o, de préférence ho > 6.10 . 3. Débitmètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit de liaison (3) de section rectangulaire a une longueur L0 telle que : 2.10 4. Débitmètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux orifices de mesure (24, 25) sont séparés d'une distance (d) comprise entre 0.5 mm et 10 mm, de préférence entre 1 mm et 6 mm. 5. Débitmètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément stabilisateur de flux (11) a une section de forme générale triangulaire et/ou l'élément à 3055700 14 reflux (21) comprend une partie (22) de section semi-cylindrique agencée face au conduit de liaison (3). 6. Débitmètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : 5 - la chambre de stabilisation (1) comprenant un premier orifice d'entrée (12) et un premier orifice de sortie (13) agencés sur le plan de symétrie (P) et - la chambre d'oscillation (2) comprenant un second orifice d'entrée (23) et un second orifice de sortie (26) agencés sur le plan de symétrie (P), - le conduit de liaison (3) reliant fluidiquement le premier orifice de sortie (13) de la 10 chambre de stabilisation (1) au second orifice d'entrée (23) de la chambre d'oscillation (2). 7. Débitmètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ou plusieurs capteurs de pression ou microphones raccordés auxdits deux orifices de mesure (24, 25) de manière à permettre de mesurer la pression dans la chambre 15 d'oscillation (2). 8. Débitmètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux orifices de mesure (24, 25) sont fermés par une membrane fluidiquement étanche. 20 9. Débitmètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un canal d'entrée (4) est relié fluidiquement au premier orifice d'entrée (12) de la chambre de stabilisation (1). 10. Débitmètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il 25 comprend en outre un boitier au sein duquel sont agencés le conduit de liaison (3), la chambre de stabilisation (1), l'élément stabilisateur de flux (11), la chambre d'oscillation fluidique (2), l'élément à reflux (21) et le ou les capteurs de pression ou microphones. 11. Débitmètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 30 l'élément stabilisateur de flux (11) est espacé de la paroi périphérique (14) de la chambre de 3055700 15 stabilisation (1) de manière à créer des passages (15) pour le gaz autour dudit élément stabilisateur de flux (11). 12. Dispositif de suivi ou d' observance d'un traitement d' oxygénothérapie 5 comprenant un débitmètre à oscillation fluidique selon l'une des revendications précédentes. 13. Installation d'oxygénothérapie comprenant : - une source de gaz respiratoire, - une interface de distribution de gaz permettant de distribuer le gaz respiratoire à un 10 patient, et - un dispositif de suivi ou d'observance à débitmètre à oscillation fluidique selon la revendication 12.