Brevet FR3118881A1 — publié le 20220722

Titre de l’invention Ventilateur médical à valve expiratoire dotée d’un élément de valve déformable bi-matière L’invention concerne un ventilateur médical (1) comprenant un circuit de gaz (2, 3) avec une valve expiratoire (10) comprenant un corps de valve (11) rigide traversé par un passage de gaz (12) et un élément de valve (13) déformable pour contrôler la circulation de gaz. L’élément de valve (13) déformable comprend un corps creux (14) définissant un volume interne (15) et comprenant une ouverture (16), et un élément annulaire (17) formant une collerette (18) solidaire du corps creux (14) et agencée coaxialement autour de l’ouverture (16). Le corps creux (14) est formé d’un premier matériau présentant une première dureté Shore A (dsA1) et l’élément annulaire (17) formant la collerette (18) est formé d’au moins un second matériau présentant une seconde dureté Shore A (dsA2). La seconde dureté Shore A (dsA2) est supérieure à la première dureté Shore A (dsA1). Figure de l’abrégé : Fig. 1 Ventilateur médical à valve expiratoire dotée d’un élément de valve déformable bi-matière L’invention concerne l’utilisation d’une valve expiratoire comprenant un élément de valve déformable bi-matière au sein de la branche expiratoire d’un ventilateur médical servant à fournir un gaz respiratoire, tel de l’air ou de l’air enrichi en oxygène, à un patient. Il est connu d’agencer dans la branche expiratoire du circuit de gaz d’un ventilateur médical, c'est-à-dire d’un appareil d’assistance respiratoire ou de ventilation assistée, une valve expiratoire servant à contrôler l’échappement du gaz expiré vers l’atmosphère et la pression expiratoire positive pendant les phases expiratoires des patients. Une telle valve expiratoire comprend habituellement un corps de valve rigide traversé par un passage de gaz communiquant avec l’atmosphère ambiante, et un élément de valve déformable, c'est-à-dire flexible ou souple, comprenant un corps creux définissant un volume interne, qui coopèrent l’un avec l’autre pour contrôler l’échappement du gaz expiré vers l’atmosphère au travers de la valve expiratoire. L’élément de valve déformable comprend généralement aussi un élément annulaire formant une collerette solidaire du corps creux et permettant de maintenir en position l’élément de valve déformable au sein du ventilateur. Pour ce faire, l’élément de valve déformable (i.e. l’élément annulaire formant la collerette et le corps creux) est généralement formé d’une pièce en un matériau souple. Le corps creux définissant le volume interne de l’élément de valve déformable comprend une paroi souple formant une membrane flexible pouvant se déformer sous l’effet de la pression du gaz s’exerçant dans le volume interne de l’élément de valve déformable. En faisant varier la pression dans le volume interne de l’élément de valve déformable, la paroi souple formant une membrane flexible vient plus ou moins obturer le passage de gaz du corps de valve rigide, ce qui permet de fixer ou d’ajuster la pression expiratoire de la valve expiratoire, donc de contrôler l’échappement du gaz expiré par le patient (i.e. contenant du CO 2 ) vers l’atmosphère, pendant les phases expiratoires du patient. En faisant varier la pression s’exerçant dans le volume interne de la valve expiratoire, donc sur la paroi souple formant la membrane, on crée une résistance à l’expiration du patient, appelée Pression Expiratoire Positive ou PEP. Par ailleurs, pendant les phases d’inspiration, la membrane flexible de la valve expiratoire obture totalement le passage de gaz du corps de valve rigide, donc la branche expiratoire, en créant une étanchéité fluidique avec le corps de valve, et donc empêcher au gaz de circuler au travers de la valve et d’être échappé vers l’atmosphère. D’une façon générale, afin de pouvoir générer la PEP désirée, la paroi souple formant la membrane flexible de l’élément de valve déformable doit avoir une certaine course de déformation. Or, il est apparu en pratique que, du fait des contraintes d’assemblage (i.e. membrane dans la valve, valve dans le ventilateur…) et de celles liées au circuit patient comprenant la branche expiratoire sur laquelle est agencée la valve expiratoire, la paroi souple formant membrane flexible s’affaisse ou s’enfonce vers l’intérieur du corps de valve rigide, ce qui l’empêche alors de se pouvoir se déformer suffisamment pour laisser passer le gaz expiré, donc bloque l’expiration du patient. Ce phénomène, appelé « frein expiratoire », est à éviter absolument car un patient souffrant de troubles respiratoires doit pouvoir évacuer facilement les gaz riches en CO 2 qu’il expire. Le problème est dès lors de pouvoir résoudre ce problème d’affaissement ou d’enfoncement de la valve expiratoire agencée sur la branche expiratoire du circuit de gaz d’un ventilateur médical, qui est utilisée pour contrôler la PEP lors des phases expiratoires du patient. La solution de l’invention concerne alors un ventilateur médical, c'est-à-dire un appareil d’assistance respiratoire, comprenant un circuit de gaz avec une branche expiratoire communiquant fluidiquement avec l’atmosphère et comprenant une valve expiratoire, ladite valve expiratoire comprenant un corps de valve rigide traversé par un passage de gaz et un élément de valve déformable agencé sur ledit passage de gaz de manière à contrôler la circulation de gaz dans ledit passage de gaz, ledit élément de valve déformable comprenant : un corps creux définissant un volume interne et comprenant une ouverture communiquant avec ledit volume interne, et un élément annulaire formant une collerette solidaire du corps creux et agencée coaxialement autour de ladite ouverture. Selon l’invention, le corps creux est formé d’un premier matériau présentant une première dureté Shore A (dsA1) et l’élément annulaire formant la collerette est formé d’au moins un second matériau présentant une seconde dureté Shore A (dsA2), où ladite seconde dureté Shore A (dsA2) est supérieure à la première dureté Shore A (dsA1). Selon le mode de réalisation considéré, l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le premier matériau présente une première dureté Shore A (dsA1) inférieure ou égale à 50 shore A, de préférence inférieure ou égale à 40 shore A. le premier matériau est du silicone (biocompatible) ou autres présentant une première dureté (dsA1) égale à 40 shore A environ. le second matériau présente une seconde dureté (dsA2) d’au moins 80 shore A. le second matériau est un second type de silicone présentant une seconde dureté (dsA2) d’au moins 80 shore A. alternativement, le second matériau est un polycarbonate présentant une seconde dureté (dsA2) d’au moins 80 shore A. l’élément annulaire formant la collerette comprend une base annulaire en le premier matériau présentant la première dureté Shore A (dsA1) et une couche du second matériau présentant la seconde dureté (dsA2), la couche recouvrant au moins une partie de la base annulaire. l’élément annulaire formant la collerette est entièrement formé du second matériau présentant la seconde dureté (dsA2). le corps creux et l’élément annulaire formant la collerette sont fixés l’un à l’autre par un col tubulaire agencé coaxialement à l’ouverture du corps creux. une ligne d’amenée de pression est reliée fluidiquement à l’ouverture du corps creux de l’élément de valve déformable de manière à fournir une pression gazeuse au volume interne du corps creux. le corps creux définissant le volume interne de l’élément de valve déformable comprend une paroi flexible venant au moins partiellement obturer le passage de gaz du corps de valve rigide de manière à contrôler ou ajuster le débit de gaz circulant dans le passage de gaz en fonction de la pression gazeuse s’exerçant dans le volume interne de l’élément de valve déformable. l’élément annulaire formant la collerette de l’élément de valve déformable est agencé (i.e pris en sandwich) entre le corps de valve rigide et une surface du ventilateur, en particulier le fond du logement à valve. il comprend une carcasse externe comprenant un logement à valve débouchant vers l’extérieur et au sein duquel est agencée la valve expiratoire. le logement à valve comprend un fond où débouche la ligne d’amenée de pression, l’élément annulaire formant la collerette de l’élément de valve déformable étant positionné en regard du fond du logement à valve. un joint d’étanchéité fluidique est agencé dans le fond du logement. le joint d’étanchéité fluidique est pris en sandwich entre l’élément annulaire formant la collerette de l’élément de valve déformable et le fond du logement à valve. au moins une partie du logement à valve a une forme tubulaire, typiquement cylindrique. le corps creux de l’élément de valve déformable comprend une paroi souple, i.e. flexible, située à l’opposé de l’ouverture. la paroi souple du corps creux de l’élément de valve déformable coopère avec un siège de valve porté par le corps de valve rigide. le siège de valve est aménagé dans le passage de gaz 12, de préférence dans la paroi du corps de valve rigide. le siège de valve a une forme circulaire, typiquement annulaire. le corps de valve rigide est en polymère. le circuit de gaz du ventilateur comprend en outre une branche inspiratoire alimentée par une source de gaz. la source gaz est agencée dans la carcasse du ventilateur. la source gaz comprend une micro-soufflante, aussi appelée turbine ou compresseur. la source gaz est pilotée par des moyens pilotage. les moyens pilotage comprennent au moins un microprocesseur, de préférence agencé sur une carte électronique. le microprocesseur est de type microcontrôleur. les moyens pilotage sont agencés dans la carcasse du ventilateur. le ventilateur comprend en outre un écran d’affichage, de préférence un écran numérique en couleurs ou en noir et blanc. le ventilateur comprend en outre des moyens de réglage ou de sélection, par exemple un ou plusieurs boutons rotatifs, touches, y compris virtuelles, de sélection ou autres. une source de courant électrique alimente électriquement les moyens pilotage et/ou la micro-soufflante et/ou l’écran d’affichage et/ou tout autre composant du ventilateur nécessitant de l’énergie électrique pour fonctionner (e.g. LED, etc…). la source de courant électrique comprend une batterie rechargeable ou une liaison secteur, ou les deux. la ligne d’amenée de pression est relié fluidiquement à la source de gaz. la ligne d’amenée de pression comprend un conduit ou passage de gaz ou analogue. 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 : représente une vue de face d’un ventilateur médical selon l’invention, représente une vue latérale du ventilateur médical de , représente une vue du logement à valve expiratoire du ventilateur médical des et , est une vue en coupe de la valve expiratoire agencée dans le ventilateur médical des et , est une vue élargie d’une partie de la valve expiratoire de , est une vue en coupe de l’élément de valve déformable d’une valve expiratoire classique, est un mode de réalisation de l’élément de valve déformable d’une valve expiratoire selon l’invention, est un autre mode de réalisation de l’élément de valve déformable d’une valve expiratoire selon l’invention, est une courbe de pression illustrant le phénomène de « frein expiratoire » pendant un cycle respiratoire du patient, se produisant dans un ventilateur médical selon l’art antérieur, est une courbe de pression comparative illustrant la suppression du phénomène de « frein expiratoire », pendant un cycle respiratoire du patient, obtenue en utilisant une valve expiratoire et un ventilateur selon l’invention, et schématise un mode de réalisation particulier de l’élément de valve déformable d’une valve expiratoire selon l’invention. et représentent un ventilateur médical 1 selon l’invention, lequel comprend une carcasse 4 rigide externe, par exemple en polymère, portant, sur sa façade avant 33, un écran d’affichage 30, un bandeau lumineux 32 pouvant adopter un éclairage de plusieurs couleurs (e.g. rouge, vert…), fixes ou intermittentes, en fonction du fonctionnement du ventilateur 1, et un bouton rotatif 31 permettant d’opérer des sélections et/ou des validations, par exemple au sein de menus s’affichant sur l’écran d’affichage 30. L’une face latérale 34 de la carcasse 4 du ventilateur médical 1 comprend des connecteurs en communication fluidique avec la branche inspiratoire 3 et la branche expiratoire 2, à savoir des conduits ou passages de gaz, du circuit de gaz interne agencé dans le ventilateur médical 1. Il est prévu aussi un logement 5, agencé dans la face latérale 34, de la carcasse 4 au sein duquel vient se fixer la valve expiratoire 10, comme montré en . Comme mieux visible en , le logement 5 comprend un fond 6 percé d’un orifice 7 d’amenée de pression. Le logement 5 a une forme générale au moins partiellement cylindrique. La valve expiratoire 10, montrée en , est formée d’un corps de valve 11 rigide, par exemple en polymère, traversé par un passage de gaz 12 dans lequel peut circuler le débit de gaz expiré. Le corps de valve 11 rigide coopère avec un élément de valve 13 déformable agencé sur le passage de gaz 12, servant à contrôler la circulation de gaz dans le passage de gaz 12 du corps de valve 11. Un joint d’étanchéité fluidique 23 est prévu dans le fond 6 du logement 5 afin de garantir une absence de fuites de la surpression amenée par la ligne d’amenée de pression 7, par exemple un joint torique ou analogue. Le joint d’étanchéité fluidique est agencé de sorte d’être pris en sandwich entre l’élément annulaire 17 formant la collerette 18 de l’élément de valve déformable 13 et le fond 6 du logement à valve 5. Par ailleurs, il est prévu un mécanisme de fixation 25, par exemple un doigt d’indexage, permettant de verrouiller mécaniquement la valve expiratoire 10 au sein du logement 5, comme illustré en . Comme illustré en , l’élément de valve 13 déformable est formé d’un corps creux 14 définissant un volume interne 15, constituant une chambre de pression, et portant par ailleurs une ouverture 16, de préférence large, communiquant fluidiquement avec le volume interne 15. Un élément annulaire 17 formant une collerette 18 est solidarisé au corps creux 14 via un col 19 de forme tubulaire. L’élément annulaire 17 formant la collerette 18 est agencé coaxialement (axe AA) autour de l’ouverture large 16 et plus précisément, autour du col 19 de forme tubulaire. Le corps creux 14 de l’élément de valve 13 déformable comprend une paroi souple 20, i.e. flexible, située à l’opposé de l’ouverture large 16, venant coopérer avec un siège de valve 22 porté par le corps de valve 11 rigide. Le siège de valve 22 est agencé sur le passage de gaz 12. De préférence, le siège de valve 22 a une forme circulaire. La paroi souple 20 constitue une membrane flexible pouvant se déformer sous l’effet de la pression du gaz s’exerçant dans le volume interne 15 du corps creux 14 de l’élément de valve déformable 13. En faisant varier la pression dans le volume interne 15 grâce à la surpression amenée par la ligne d’amenée de pression 7 débouchant au niveau du fond 6 du logement 5, la paroi souple 20 formant membrane flexible vient plus ou moins obturer le passage de gaz 12 du corps de valve rigide 11, en coopérant avec le siège de valve 22, ce qui permet de contrôler, i.e. fixer ou ajuster, la PEP et donc de contrôler l’échappement du gaz expiré par le patient (i.e. contenant du CO 2 ) vers l’atmosphère, via l’orifice d’échappement 24 de la valve 10 (cf. ), pendant les phases expiratoires du patient. Pendant les phases d’inspiration, la membrane flexible 20 obture totalement le passage de gaz 12 du corps de valve rigide 11, en créant une étanchéité fluidique avec le siège de valve 22 du corps de valve rigide 11, et donc empêcher au gaz de circuler au travers de la valve 10 et d’être échappé vers l’atmosphère, via l’orifice d’échappement 24. Selon l’invention, afin d’éviter le phénomène de « frein expiratoire » causé par un affaissement de tout ou partie de l’élément de valve 13 déformable, on réalise au moins une partie de l’élément annulaire 17 formant la collerette 18 en un matériau présentant une dureté Shore A différente, typiquement supérieure, à celle du matériau constituant le reste de l’élément de valve 13 déformable, en particulier le corps creux 13. Plus précisément, le corps creux 14 est formé d’un premier matériau présentant une première dureté Shore A (dsA1), alors que l’élément annulaire 17 formant la collerette 18 est formé d’au moins un second matériau présentant une seconde dureté Shore A (dsA2), qui sont telles que la seconde dureté Shore A (dsA2) est supérieure à la première dureté Shore A (dsA1). Préférentiellement, le premier matériau présente une première dureté Shore A (dsA1) inférieure ou égale à 50 shore A, de préférence inférieure ou égale à environ 40 shore A, alors que le second matériau présente une seconde dureté (dsA2) d’au moins 80 shore A. En choisissant avec soin les matériaux, on peut éviter, réduire ou minimiser le phénomène de « frein expiratoire » qui est une sollicitation mécanique de l’élément de valve déformable 13, qui induit une pression sur la collerette 18 se traduisant par un écrasement non-souhaité du corps creux 14 de l’élément de valve déformable 13. En effet, utiliser un second matériau présentant une seconde dureté (dsA2) d’au moins 80 shore A pour réaliser tout ou partie de l’élément annulaire 17 formant la collerette 18 permet de résoudre ce problème d’affaissement car l'élément annulaire 17 va absorber la sollicitation mécanique. Il s’ensuit que le corps creux 14 ne reçoit pas de sollicitation mécanique et il n'y a pas d'effet d'écrasement. montre un mode de réalisation de l’élément de valve déformable 13 d’une valve expiratoire 10 selon l’invention, dans lequel l’élément annulaire 17 formant la collerette 18 est formé de deux matériaux superposés, à savoir une base annuaire 21a formée ici du même premier matériau que celui formant le corps creux 14, c'est-à-dire celui de première dureté Shore A (dsA1), et d’une couche 21 superposée à la base annuaire 21a d’un second matériau de seconde dureté Shore A (dsA2). Dans ce cas, le corps creux 14, le col tubulaire 19 et la partie de l’élément annulaire 17 formant la collerette 18 constituant la base annuaire 21a sont formés d’une seule pièce, par exemple par moulage par injection. est un autre mode de réalisation de l’élément de valve déformable 13 selon l’invention, dans lequel l’élément annulaire 17 formant la collerette 18 est formé ici entièrement du second matériau de seconde dureté Shore A (dsA2). Dans ce cas, le corps creux 14 et le col tubulaire 19 sont formés d’une seule pièce, par exemple par moulage par injection, et sont constitués du premier matériau de première dureté Shore A (dsA1). L’élément annulaire 17 formant la collerette 18 est dans ce cas fixé, par exemple collé ou autre, au col tubulaire 19 de l’élément de valve déformable 13. Le premier matériau utilisé dans les modes de réalisation des et , a par exemple une première dureté (dsA1) égale à 40 Shore A, par exemple le premier matériau est de la silicone dite « médicale » ou « biocompatible », alors que le second matériau est aussi biocompatible et est par exemple une autre silicone ou un polycarbonate ayant une seconde dureté (dsA2) supérieure à 40 Shore A, par exemple égale à 80 Shore A. Selon un mode de réalisation, l'élément annulaire 17 peut comprendre des "picots" 26 ou analogues permettant d’assurer une bonne insertion de l’élément de valve déformable 13 dans le corps de valve 11 de la valve expiratoire et un meilleur maintien/centrage de celui-ci. Ces picots 26 sont agencés sur la périphérie externe circulaire de l'élément annulaire 17, de préférence angulairement répartis, e.g. 0°, 120°, 240°, et se projettent radialement vers l’extérieur, i.e. font saillie autour de la périphérie circulaire, comme visible en . est une courbe de pression (P) illustrant le phénomène de « frein expiratoire » pendant un cycle respiratoire du patient (i.e. au fil du temps t), se produisant dans un ventilateur médical selon l’art antérieur, alors que est une courbe de pression comparative illustrant la suppression de ce phénomène de « frein expiratoire », pendant le même cycle respiratoire du patient, obtenue en utilisant une valve expiratoire 11 et un ventilateur 1 selon l’invention. Le cycle respiratoire comprend une phase inspiratoire (I) suivie d’une phase expiratoire (E). La durée d’un tel cycle est de l’ordre de 3 à 6 secondes. Comme on le voit sur , le phénomène de « frein expiratoire » se traduit sur par une lente diminution de la pression (P) pendant la phase expiratoire (E), alors que la diminution de pression (P) pendant la phase expiratoire (E) est beaucoup plus rapide sur . Ceci confirme l’efficacité de la solution de l’invention. Ventilateur médical (1) comprenant un circuit de gaz (2, 3) avec une branche expiratoire (2) communiquant fluidiquement avec l’atmosphère et comprenant une valve expiratoire (10), ladite valve expiratoire (10) comprenant un corps de valve (11) rigide traversé par un passage de gaz (12) et un élément de valve (13) déformable agencé sur ledit passage de gaz (12) de manière à contrôler la circulation de gaz dans ledit passage de gaz (12), ledit élément de valve (13) déformable comprenant : un corps creux (14) définissant un volume interne (15) et comprenant une ouverture (16) communiquant avec ledit volume interne (15), et un élément annulaire (17) formant une collerette (18) solidaire du corps creux (14) et agencée coaxialement autour de ladite ouverture (16), caractérisé en ce que : le corps creux (14) est formé d’un premier matériau présentant une première dureté Shore A (dsA1) et l’élément annulaire (17) formant la collerette (18) est formé d’au moins un second matériau présentant une seconde dureté Shore A (dsA2), où ladite seconde dureté Shore A (dsA2) est supérieure à la première dureté Shore A (dsA1). Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier matériau présente une première dureté Shore A (dsA1) inférieure ou égale à 50 shore A et/ou le second matériau présente une seconde dureté (dsA2) d’au moins 80 shore A. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément annulaire (17) formant la collerette (18) comprend une base annulaire (21a) en le premier matériau présentant la première dureté Shore A (dsA1) et une couche (21b)du second matériau présentant la seconde dureté (dsA2), la couche (21b) recouvrant au moins une partie de la base annulaire (21a). Ventilateur selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l’élément annulaire (17) formant la collerette (18) est entièrement formé du second matériau présentant la seconde dureté (dsA2). Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps creux () et l’élément annulaire (17) formant la collerette (18) sont fixés l’un à l’autre par un col tubulaire (19) agencé coaxialement à l’ouverture (16) du corps creux (14). Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’une ligne d’amenée de pression (7) est reliée fluidiquement à l’ouverture (16) du corps creux (14) de l’élément de valve (13) déformable de manière à fournir une pression gazeuse au volume interne (15) du corps creux (14). Ventilateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le corps creux (14) définissant le volume interne (15) de l’élément de valve (13) déformable comprend une paroi flexible (20) venant au moins partiellement obturer le passage de gaz (12) du corps de valve (11) rigide de manière à contrôler ou ajuster le débit de gaz circulant dans le passage de gaz (12) en fonction de la pression gazeuse s’exerçant dans le volume interne (15) de l’élément de valve (13) déformable. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément annulaire (17) formant la collerette (18) de l’élément de valve (13) déformable est agencé entre le corps de valve (11) rigide et une surface (6) du ventilateur (1). Ventilateur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comprend une carcasse externe (4) comprenant un logement à valve (5) débouchant vers l’extérieur et au sein duquel est agencée la valve expiratoire (10). Ventilateur selon les revendications 6 et 9, caractérisé en ce que le logement à valve (5) comprend un fond (6) où débouche la ligne d’amenée de pression (7), l’élément annulaire (17) formant la collerette (18) de l’élément de valve (13) déformable étant positionné en regard du fond (6) du logement à valve (5).