FR3109080A1 - Dispositif universel de mesure et surveillance de paramètres pour un ventilateur pulmonaire de transport - Google Patents

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Abstract

Dispositif de mesure et surveillance (DMS) de paramètres de ventilation pour un ventilateur pulmonaire de transport (VPT), le dispositif (DMS) ayant une première interface d’entrée (INT_E1) configurée pour être connectée de façon amovible à une sortie de gaz insufflatoire (SGI) d’un ventilateur pulmonaire de transport (VPT) et une première interface de sortie (INT_S1) configurée pour être connectée de façon amovible à un tube d’inspiration (TINS), le dispositif (DMS) comprenant un premier connecteur (C1) reliant de façon étanche la première interface d’entrée (INT_E1) à la première interface de sortie (INT_S1), un premier capteur de pression du gaz (CAP_P1) circulant dans le premier connecteur (C1), une unité de traitement (UT) configurée pour générer une succession de valeurs de pression en fonction du temps à partir de mesures acquises par le premier capteur de pression du gaz (CAP_P1) pour la transmettre à un périphérique de visualisation (AFF) via une interface de données (INT_D) du dispositif. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif universel de mesure et surveillance de paramètres pour un ventilateur pulmonaire de transport
L’invention concerne le domaine des ventilateurs pulmonaires encore appelés respirateurs artificiels mécaniques.
Dans le cadre d’une pandémie, telle que la pandémie de virus COVID 19, un très grand nombre de patients en détresse respiratoire est susceptible d’être accueilli dans les services hospitaliers de réanimation.
Ces services sont ainsi fortement sollicités et ont un besoin très important de respirateurs mécaniques de précision.
Les respirateurs mécaniques nécessaires pour des patients hospitalisés pendant des durées longues (plusieurs jours voire semaines) nécessitent un cycle de ventilation qui doit être très précisément contrôlé en pression et en volume et corrigé régulièrement par le médecin réanimateur. Par exemple, une utilisation d’un trop grand volume d’air courant peut entrainer une surdistension des alvéoles des poumons entrainant une déformation de ces alvéoles à chaque cycle respiratoire et possiblement une destruction de leur paroi. De même l’administration de pressions d’air excessives peut conduire à l’apparition de barotraumatismes.
A l’opposé, un volume ou une pression d’air insuffisant peuvent également engendrer des lésions.
Pour ces raisons, les respirateurs mécaniques hospitaliers utilisés notamment dans les services de réanimation comportent une interface de visualisation de courbes de pression et de débit d’air au cours du temps permettant à l’utilisateur personnel médical de contrôler les paramètres de la ventilation en fonction des mesures affichées pour assurer une ventilation mécanique personnalisée pour le patient.
Il existe par ailleurs des respirateurs mécaniques dits de transport ou de secours qui sont conçus pour être utilisés hors d’un hôpital afin d’assurer la ventilation d’un patient pendant une durée courte, le plus souvent avant son transport à l’hôpital ou pendant un trajet.
Ces respirateurs de transports sont des systèmes plus simples et ont l’avantage d’être disponibles en grand nombre. Ils ne comportent pas les mêmes fonctionnalités qu’un respirateur hospitalier, en particulier ils ne possèdent pas d’interface de visualisation permettant de surveiller l’évolution des différents paramètres de la ventilation au cours du temps ni d’alerter le personnel médical en cas de variation anormale de l’un de ces paramètres.
Du fait de l’augmentation des besoins en respirateurs mécaniques hospitaliers de précision, en particulier lors d’une pandémie, un problème à résoudre consiste à adapter les respirateurs de transports pour qu’ils puissent fournir les mêmes fonctionnalités de visualisation qu’un respirateur hospitalier et ainsi être utilisés pour augmenter significativement le nombre de places de réanimation.
L’invention consiste en un dispositif de mesure et de suivi temporel des paramètres d’un respirateur de transport, ce dispositif étant prévu pour être interfacé entre une entrée/sortie de gaz respiratoire du respirateur et un tube d’inspiration/expiration.
Le dispositif permet de réaliser des mesures de pression et débit d’air en sortie du respirateur pour ensuite traiter ces mesures et les fournir, via une interface, à un périphérique de visualisation externe.
L’invention permet, grâce à un dispositif externe universel, de transformer simplement tout type de respirateur de transport pour lui ajouter des fonctionnalités de visualisation nécessaires à une utilisation dans un service de réanimation.
L’invention a pour objet un dispositif de mesure et surveillance de paramètres de ventilation pour un ventilateur pulmonaire de transport, le dispositif ayant une première interface d’entrée configurée pour être connectée de façon amovible à une sortie de gaz insufflatoire d’un ventilateur pulmonaire de transport et une première interface de sortie configurée pour être connectée de façon amovible à un tube d’inspiration, le dispositif comprenant un premier connecteur reliant de façon étanche la première interface d’entrée à la première interface de sortie, un premier capteur de pression du gaz circulant dans le premier connecteur, une unité de traitement configurée pour générer une succession de valeurs de pression en fonction du temps à partir de mesures acquises par le premier capteur de pression du gaz pour la transmettre à un périphérique de visualisation via une interface de données du dispositif.
Dans une variante de réalisation, le dispositif selon l’invention a en outre une seconde interface d’entrée configurée pour être connectée de façon amovible à un tube d’expiration, le dispositif comprenant un second connecteur reliant la seconde interface d’entrée à une seconde interface de sortie, le dispositif comprenant un second capteur de pression du gaz circulant dans le second connecteur, l’unité de traitement étant configurée pour générer une succession de valeurs de pression en fonction du temps à partir de mesures acquises par le second capteur de pression du gaz pour la transmettre à un périphérique de visualisation via l’interface de données du dispositif.
Dans une variante de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend au moins un capteur de débit du flux de gaz circulant dans le premier connecteur et/ou le second connecteur, l’unité de traitement étant configurée pour générer au moins une succession de valeurs de débit du flux de gaz en fonction du temps à partir de mesures acquises par l’au moins un capteur de débit pour la transmettre à un périphérique de visualisation via l’interface de données du dispositif.
Dans une variante de réalisation de l’invention, l’unité de traitement est en outre configurée pour générer une succession de valeurs de volume de gaz en fonction du temps pour la transmettre à un périphérique de visualisation via l’interface de données du dispositif.
Dans une variante de réalisation de l’invention, au moins l’un des capteurs de débit est un capteur différentiel.
Dans une variante de réalisation de l’invention, au moins un connecteur comporte une grille fixe positionnée selon une section transversale entre deux orifices formés dans la paroi du connecteur, pour créer une perturbation du flux de gaz dans le connecteur.
Dans une variante de réalisation de l’invention, l’unité de traitement est en outre configurée pour appliquer une analyse de données aux mesures acquises pour générer au moins un paramètre caractéristique du flux de gaz insufflatoire et/ou du flux de gaz expiratoire parmi la pression maximale du gaz, la pression minimale du gaz, la pression alvéolaire, le débit maximum, la fréquence respiratoire.
Dans une variante de réalisation de l’invention, l’unité de traitement est en outre configurée pour générer au moins une alerte lorsque la variation d’au moins un paramètre caractéristique du flux de gaz s’écarte d’une variation prédéterminée.
L’invention a aussi pour objet un ensemble comprenant un dispositif de mesure et surveillance de paramètres de ventilation pour un ventilateur pulmonaire de transport selon l’invention et un périphérique de visualisation relié au dispositif via une interface de données.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés suivants.
la figure 1 représente un schéma d’un dispositif de mesure et surveillance selon l’invention,
la figure 2 représente un exemple de connecteur du dispositif de mesure et surveillance selon une vue de dessus,
la figure 3 représente un exemple de connecteur du dispositif de mesure et surveillance selon une vue de profil,
la figure 4 représente un ensemble de courbes de suivi temporel d’évolution de paramètres du ventilateur pulmonaire,
la figure 5 représente un cycle de la courbe de suivi de la pression du gaz respiratoire.
La figure 1 représente un schéma d’un exemple de dispositif de mesure et surveillance DMS selon un mode de réalisation de l’invention.
Le dispositif DMS permet d’interfacer un ventilateur pulmonaire de transport VPT avec un tube d’inspiration TINS et un tube d’expiration TEXP pour ventiler les poumons PMS d’un patient. Le dispositif DMS comporte aussi une interface de données INT_D pour communiquer avec un périphérique de visualisation AFF afin d’afficher des courbes de suivi temporel de certains paramètres.
Le dispositif DMS est conçu pour être amovible, c’est-à-dire que ses différentes interfaces d’entrée/sortie sont conçues pour être connectées à des périphériques extérieurs de façon amovible.
Le dispositif DMS comporte un premier connecteur C1 qui relie de façon étanche une première interface d’entrée INT_E1 à une première interface de sortie INT_S1. La première interface d’entrée INT_E1 est configurée pour être raccordée de façon étanche à une sortie de gaz respiratoire SGI d’un ventilateur pulmonaire de transport VPT. La première interface de sortie INT_S1 est configurée pour être raccordée de façon étanche à un tube d’inspiration TINS. Ainsi, le gaz insufflatoire généré par le ventilateur VPT est transmis à travers le connecteur C1 vers le tube d’inspiration TINS puis vers les poumons PMS.
Un capteur de pression CAP_P1 est positionné sur le connecteur C1 de manière à permettre une mesure de pression du gaz respiratoire transmis dans le connecteur C1.
Dans une variante de réalisation, un capteur de débit CAP_D1 est positionné sur le connecteur C1 pour mesurer le débit du flux de gaz à l’intérieur du connecteur.
Le capteur de pression CAP_P1 est positionné au-dessus d’un orifice O1 formé dans le connecteur C1 comme représenté à la figure 2 qui illustre un exemple de connecteur C1 en vue de dessus.
Le capteur de débit CAP_D1 est, par exemple, un capteur de pression différentielle. Il est positionné au-dessus de deux orifices O2, O3 comme représenté à la figure 2.
La figure 3 représente une vue de profil du connecteur de la figure 2.
Une grille G est positionnée à l’intérieur du connecteur C1 entre les deux orifices O2,O3 pour créer une perturbation du flux de gaz. Les deux orifices O2,O3 formés dans la paroi du connecteur C1 permettent de prélever une partie du flux de gaz et de mesurer le débit du flux de gaz via le capteur CAP_D1 positionné entre les deux orifices. Le débit est mesuré à partir d’une mesure de pression différentielle ΔP= P2-P1, avec P1,P2 les pressions respectives mesurées au niveau des deux orifices O2,O3. Un avantage à l’utilisation d’une grille solidaire du connecteur est que la grille ne peut pas se détacher lors du cycle respiratoire contrairement à une pièce mobile, par exemple une hélice.
Les capteurs CAP_P1,CAP_D1 transmettent leurs mesures à une unité de traitement UT, par exemple un circuit imprimé comprenant un microprocesseur. L’unité de traitement est configurée pour traiter et mettre en forme les mesures afin de générer une courbe de suivi temporel de la pression et du débit. Dans une variante, l’unité de traitement UT calcule, à partir des mesures de pression et débit, une courbe de suivi temporel du volume de gaz. Dans encore une autre variante de réalisation, un module d’analyse de données est implémenté dans l’unité de traitement afin d’analyser les mesures fournies par les capteurs pour générer des informations supplémentaires, par exemple la pression maximale du gaz, la pression minimale du gaz, la pression alvéolaire, le débit maximum, la fréquence respiratoire ou tout autre paramètre ou variable caractéristique du flux de gaz.
Dans encore une autre variante de réalisation de l’invention, le dispositif DMS comporte une seconde interface d’entrée INT_E2 configurée pour être raccordée de façon étanche à un tube d’expiration TEXP, un second connecteur C2 reliant la seconde interface d’entrée INT_E2 à une seconde interface de sortie INT_S2 pour expulser le gaz rejeté par les poumons PMS via le tube d’expiration TEXP.
Un second capteur de pression CAP_P2 et/ou un second capteur de débit CAP_D2 sont positionnés sur le connecteur C2 pour réaliser des mesures similaires à celles réalisées par les capteurs du premier connecteur. Ces mesures sont transmises à l’unité de traitement UT.
Le second connecteur C2 est préférablement identique au premier connecteur C1, mais il peut présenter un nombre d’orifices différents selon qu’il est associé seulement à un capteur de débit ou à la fois à un capteur de débit et de pression.
Dans une variante de réalisation, un seul capteur par connecteur est utilisé pour mesurer à la fois le débit et la pression, lorsque ce capteur permet d’effectuer simultanément les deux types de mesures. Les connecteurs C1, C2 sont préférablement réalisés dans le même matériau que les tubes TINS,TEXP, par exemple du polycarbonate ou tout autre matériau compatible d’un dispositif médical.
Une vanne d’assistance respiratoire VAR est positionnée entre les tubes d’inspiration et d’expiration pour transmettre le gaz respiratoire du tube d’inspiration vers les poumons du patient selon un cycle respiratoire prédéfini.
Le cycle respiratoire commandé par le respirateur fonctionne selon le principe suivant. Dans un premier temps, la vanne VAR est en position fermée et du gaz respiratoire est transmis vers les poumons du patient.
Dans un second temps, la vanne VAR est commandée en position ouverte pour que le gaz expiratoire se propage dans le second connecteur.
Un lien pneumatique, non représenté à la figure 1, relie le respirateur VPT à la vanne VAR afin de permettre la commande de la vanne de façon automatique.
La vanne VAR peut comporter un filtre permettant de filtrer le gaz respiratoire expiré par le patient avant qu’il soit propagé dans l’air ambiant.
Le gaz respiratoire est par exemple un mélange gazeux d’air et d’oxygène.
Le cycle respiratoire est typiquement composé d’une période d’insufflation et d’une période d’expiration. La période d’expiration est, par exemple, égale au double de la période d’insufflation.
Dans une autre variante de réalisation, une ou plusieurs alarmes sonores ou visuelles peuvent être configurées lorsque l’un des paramètres surveillés dépasse un seuil prédéterminé ou présente une variation anormale, par exemple lorsque la pression maximale dépasse un certain seuil.
Le dispositif DMS selon l’invention peut être raccordé à tout type de ventilateur pulmonaire de transport VPT pour lui ajouter des fonctionnalités de visualisation pour le suivi temporel des paramètres de pression et de débit. Ces paramètres peuvent être affichés sur un écran ou tout périphérique de visualisation équivalent AFF qui se connecte à l’interface de données INT_D.
La figure 4 schématise un exemple de courbes de suivi temporel générées par l’unité de traitement UT et affichées sur l’écran externe AFF.
La courbe 401 correspond à l’évolution temporelle de la pression mesurée par le capteur CAP_P1. La courbe 402 correspond à l’évolution temporelle du débit du flux de gaz mesuré par les capteurs CAP_D1,CAP_D2. Chaque période de la courbe 402 est composée d’une première partie correspondant à la mesure de débit du gaz insufflé dans le premier connecteur C1 et d’une seconde partie correspondant à la mesure de débit du gaz expiré dans le second connecteur C2.
La courbe 403 correspond à l’évolution temporelle du volume de gaz calculé par l’unité de traitement UT.
D’autres paramètres peuvent être affichés (sur la droite de la figure 2), ces paramètres étant calculés à l’aide du module d’analyse de données.
La figure 5 représente une période de la courbe de pression de la figure 4 sur laquelle plusieurs paramètres nécessaires au réglage du respirateur sont identifiés.
La pression PEEP est la pression positive en fin d’expiration permettant de maintenir les alvéoles des poumons ouvertes. La pression Pmax est la pression de crête. La pression de plateau Pplat représente la pression alvéolaire.
La pression de plateau Pplat est un paramètre important dont la valeur doit être surveillée par l’opérateur (le personnel médical) car si elle est trop élevée, le volume d’air transmis risque d’être trop important. Inversement, si elle est trop basse, le patient risque d’être sous oxygéné. La durée du plateau de pression est faible (inférieure à 1s) ce qui nécessite une visualisation précise pour permettre une interaction rapide de l’opérateur sur les réglages du ventilateur.
Sur la figure 5, on a représenté également la résistance R qui est la différence entre la pression maximale et la pression de plateau, divisée par le débit d’administration du mélange gazeux.
La compliance C est définie par le rapport entre le volume courant et la différence entre la pression de plateau et la pression positive de fin d’expiration.
Ces différents paramètres peuvent être visualisés sur le périphérique AFF.
La période représentée sur la figure 5 correspond à une période du cycle respiratoire. Elle est composée d’une première durée t1 au cours de laquelle, la vanne VAR est fermée, le gaz respiratoire est transmis dans les poumons jusqu’à atteindre une certaine pression maximale Pmax.
Ensuite, la transmission du gaz respiratoire est arrêtée et la pression du gaz atteint une pression d’équilibre appelée pression de plateau Pplat lors d’une deuxième durée t2.
Ensuite, lors d’une troisième durée t3, la vanne VAR est ouverte pour la phase d’expiration, la pression dans le premier connecteur C1 redescend à sa valeur minimale PEEP.
L’invention permet, grâce notamment à l’utilisation de capteurs numériques de fournir des mesures à une fréquence d’échantillonnage suffisamment élevée pour permettre une visualisation précise de la courbe de suivi de pression de la figure 5, et en particulier de la durée du plateau t2.
En particulier, des ventilateurs de transport basés sur des capteurs analogiques ou numériques à faible fréquence d’échantillonnage ne permettent pas de réaliser ce suivi visuel précis.
L’invention présente l’avantage de permettre d’adapter n’importe quel respirateur mécanique de transport ou de secours pour lui associer des fonctionnalités de visualisation nécessaires à un fonctionnement en milieu hospitalier.
Ainsi, l’invention permet de rendre tout respirateur mécanique compatible d’une utilisation en unité de réanimation avec un suivi précis des paramètres essentiels au contrôle du fonctionnement des ventilateurs artificiels.

Claims (9)

  1. Dispositif de mesure et surveillance (DMS) de paramètres de ventilation pour un ventilateur pulmonaire de transport (VPT), le dispositif (DMS) ayant une première interface d’entrée (INT_E1) configurée pour être connectée de façon amovible à une sortie de gaz insufflatoire (SGI) d’un ventilateur pulmonaire de transport (VPT) et une première interface de sortie (INT_S1) configurée pour être connectée de façon amovible à un tube d’inspiration (TINS), le dispositif (DMS) comprenant un premier connecteur (C1) reliant de façon étanche la première interface d’entrée (INT_E1) à la première interface de sortie (INT_S1), un premier capteur de pression du gaz (CAP_P1) circulant dans le premier connecteur (C1), une unité de traitement (UT) configurée pour générer une succession de valeurs de pression en fonction du temps à partir de mesures acquises par le premier capteur de pression du gaz (CAP_P1) pour la transmettre à un périphérique de visualisation (AFF) via une interface de données (INT_D) du dispositif.
  2. Dispositif (DMS) selon la revendication 1 ayant en outre une seconde interface d’entrée (INT_E2) configurée pour être connectée de façon amovible à un tube d’expiration (TEXP), le dispositif (DMS) comprenant un second connecteur (C2) reliant la seconde interface d’entrée (INT_E2) à une seconde interface de sortie (INT_S2), le dispositif (DMS) comprenant un second capteur de pression du gaz (CAP_P2) circulant dans le second connecteur (C2), l’unité de traitement (UT) étant configurée pour générer une succession de valeurs de pression en fonction du temps à partir de mesures acquises par le second capteur de pression du gaz (CAP_P2) pour la transmettre à un périphérique de visualisation (AFF) via l’interface de données (INT_D) du dispositif.
  3. Dispositif (DMS) selon la revendication 2 comprenant au moins un capteur de débit du flux de gaz (CAP_D1,CAP_D2) circulant dans le premier connecteur (C1) et/ou le second connecteur (C2), l’unité de traitement (UT) étant configurée pour générer au moins une succession de valeurs de débit du flux de gaz en fonction du temps à partir de mesures acquises par l’au moins un capteur de débit pour la transmettre à un périphérique de visualisation (AFF) via l’interface de données (INT_D) du dispositif.
  4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’unité de traitement (UT) est en outre configurée pour générer une succession de valeurs de volume de gaz en fonction du temps pour la transmettre à un périphérique de visualisation (AFF) via l’interface de données (INT_D) du dispositif.
  5. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel au moins l’un des capteurs de débit (CAP_D1,CAP_D2) est un capteur différentiel.
  6. Dispositif (DMS) selon la revendication 5 dans lequel au moins un connecteur (C1,C2) comporte une grille fixe positionnée selon une section transversale entre deux orifices (O2, O3) formés dans la paroi du connecteur, pour créer une perturbation du flux de gaz dans le connecteur (C1,C2).
  7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’unité de traitement (UT) est en outre configurée pour appliquer une analyse de données aux mesures acquises pour générer au moins un paramètre caractéristique du flux de gaz insufflatoire et/ou du flux de gaz expiratoire parmi la pression maximale du gaz, la pression minimale du gaz, la pression alvéolaire, le débit maximum, la fréquence respiratoire.
  8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’unité de traitement (UT) est en outre configurée pour générer au moins une alerte lorsque la variation d’au moins un paramètre caractéristique du flux de gaz s’écarte d’une variation prédéterminée.
  9. Ensemble comprenant un dispositif de mesure et surveillance (DMS) de paramètres de ventilation pour un ventilateur pulmonaire de transport (VPT) selon l’une des revendications précédentes et un périphérique de visualisation (AFF) relié au dispositif (DMS) via une interface de données (INT_D).
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