FR2987274A1

FR2987274A1 - Dispositif et procede de ventilation de patient

Info

Publication number: FR2987274A1
Application number: FR1251734A
Authority: FR
Inventors: Eric Jacquot
Original assignee: Air Liquide Medical Systems SA
Current assignee: Air Liquide Medical Systems SA
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-08-30

Abstract

L'invention porte sur un dispositif de ventilation comprenant un ventilateur (1) apte à générer un gaz sous pression positive raccordé fluidiquement à un circuit patient (2) de manière à pouvoir alimenter ledit circuit patient (2) avec ledit gaz sous pression, ledit circuit patient (2) comprenant une ou plusieurs branches respiratoires; un unique capteur de débit (3) raccordé à l'une desdites branches respiratoires dudit circuit patient (2) de manière à déterminer au moins un signal de débit (Q) représentatif du débit du gaz circulant dans ladite branche respiratoire; et des moyens de traitement de signal (4) coopérant avec le capteur de débit (3) de manière à déterminer au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) et au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) à partir dudit au moins un signal de débit (Q) mesuré. Procédé associé de détermination d'au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) et d'au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp).

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif permettant de détecter les cycles respiratoires d'un patient pendant sa ventilation par une machine de ventilation avec circuit patient à une ou plusieurs branches, et d'estimer les fuites de gaz entre la machine et le patient. Dans le cadre d'une ventilation assisté type « PAP » (pour Positive Airway Pressure), c'est-à-dire à pression positive des voies aériennes, un patient est relié à une machine délivrant un gaz respiratoire sous une pression positive, par exemple de l'air, de l'air enrichi en oxygène ou un mélange 02/N2. Le patient est maitre de la ventilation puisqu'il respire à son rythme (volume, fréquence, rapport cyclique...) et la machine ne fait que suivre la respiration du patient.

Le patient est raccordé à la machine de ventilation, encore appelée ventilateur, à l'aide d'un masque et d'un circuit patient, c'est-à-dire une ou plusieurs conduites véhiculant le gaz sous pression délivré par la machine ou ventilateur. Or, les masques sont souvent équipés d'une fuite intensionnelle et aucun masque n'est parfaitement ajusté au patient, c'est-à-dire totalement étanche, ce qui engendre des fuites supplémentaires qui varient au court du temps. Il existe donc toujours un débit de fuite qu'il convient de prendre en compte. Une autre difficulté se trouve sur les circuits patients puisqu'il existe 3 types de circuits patient, à savoir à double branche, à simple branche à valve et à simple branche à fuite, qui présentent chacun des caractéristiques propres en termes notamment de débit de fuite.

Or, un respirateur doit pouvoir fonctionner avec tous ces différents circuits. En effet, le respirateur doit suivre, c'est-à-dire monitorer, les paramètres respiratoires du patient afin de suivre la respiration du patient et fournir des informations de suivi au corps médical, lesquelles doivent être les plus précises possibles et refléter réellement les échanges gazeux entrant et sortant des poumons du patient.

Pour ce faire, il faut pouvoir extraire du débit gazeux délivré par la machine, les inspirations, les expirations, les fuites, le volume inspiré, la fréquence respiratoire.... Actuellement, dans le cadre d'une ventilation de type « PAP », l'estimation des fuites est au coeur du monitorage. Elle est généralement faite à partir des volumes inspirés ou des débits moyennés inspirés desquels sont retranchés les volumes expirés sur un temps donné.

Cette technique nécessite donc de mesurer aussi le volume expiré du patient, ce qui est généralement réalisé à l'aide d'un second capteur de débit.

Cette technique n'est donc pas utilisable avec les ventilateurs raccordés à un circuit patient du type à simple branche, c'est-à-dire n'utilisant qu'un seul conduit ou tuyau pour le gaz, pour alimenter le patient en gaz. Une autre technique connue consiste à estimer la fuite en appliquant un filtre passe- bas, comme rappelé par le document US-A-2002023645A, au signal de débit patient. Or, étant donné que la fréquence respiratoire peut descendre régulièrement jusqu'à environ 0.1 Hz, il est nécessaire d'utiliser un filtre passe-bas avec une fréquence de coupure très basse, ce qui a pour inconvénient majeur de conduire à une mesure de fuite très lente. On comprend donc aisément que les techniques existantes ne sont pas idéales et présentes chacune des inconvénients. En d'autres termes, le problème qui se pose est dès lors de proposer un dispositif et un procédé permet de détecter les cycles respiratoires du patient et surtout d'estimer les fuites entre l'appareil et le patient et ce, quelle que soit la configuration du respirateur et du circuit patient, c'est-à-dire à une ou plusieurs branches, de manière à pouvoir déterminer le débit patient en temps réel et de façon aussi fiable que possible. La solution de l'invention est un dispositif de ventilation comprenant : - un ventilateur apte à générer un gaz sous pression positive raccordé fluidiquement à un circuit patient de manière à pouvoir alimenter ledit circuit patient avec ledit gaz sous pression, ledit circuit patient comprenant une ou plusieurs branches respiratoires, - un unique capteur de débit raccordé à l'une desdites branches respiratoires dudit circuit patient de manière à déterminer au moins un signal de débit Q représentatif du débit du gaz circulant dans ladite branche respiratoire, et - des moyens de traitement de signal coopérant avec le capteur de débit de manière à déterminer au moins une valeur de fuite moyenne de gaz et au moins une valeur de débit inspiratoire à partir dudit au moins un signal de débit mesuré. Selon le cas, le dispositif de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - les moyens de traitement de signal comprennent un filtre passe-bande ou un filtre passe-haut. - les moyens de traitement de signal sont aptes à et conçus pour déterminer au moins une valeur de débit inspiratoire par traitement par ledit filtre passe-bande ou un filtre passe-haut dudit au moins un signal de débit mesuré. - les moyens de traitement de signal sont aptes à et conçus pour déterminer au moins une valeur de fuite moyenne de gaz à partir d'au moins une valeur de débit inspiratoire et d'au moins un signal de débit mesuré. - les moyens de traitement de signal comprennent en outre une carte électronique équipée d'un convertisseur analogique/numérique, d'un élément de calcul type microcontrôleur, microprocesseur, processeur ou processeur de signal. - le circuit patient est à une branche respiratoire unique ou double. - la ou l'une des branches respiratoires dudit circuit patient comprend un masque respiratoire. - il comprend des moyens d'affichage permettant une visualisation d'une ou plusieurs courbes représentatives des variations des valeurs de fuite moyenne de gaz, de débit inspiratoire et de débit mesuré, pendant une période de temps donnée. - les moyens de traitement de signal sont compris dans le ventilateur. L'invention concerne en outre un procédé de détermination d'au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) et d'au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) comprenant les étapes de : a) générer un gaz sous pression positive (>1 atm) au moyen d'un ventilateur raccordé fluidiquement à un circuit patient comprenant une ou plusieurs branches respiratoires, et alimenter ledit circuit patient avec ledit gaz sous pression, b) déterminer au moins un signal de débit (Q) représentatif du débit du gaz circulant dans ladite branche respiratoire, au moyen d'un unique capteur de débit raccordé à l'une desdites branches respiratoires dudit circuit patient, c) traiter le signal de débit (Q) mesuré à l'étape b), et d) déduire du traitement de l'étape c), au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) et au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp). Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - à l'étape c), on détermine au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) par traitement par un filtre passe-bande ou un filtre passe-haut dudit au moins un signal de débit (Q) mesuré. - à l'étape c), on détermine au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) à partir d'au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) et d'au moins un signal de débit (Q) mesuré. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description suivante faite en références aux Figures annexées parmi lesquelles : - La Figure 1 présente un schéma de principe d'un mode de réalisation d'un dispositif de ventilation selon la présente invention, - La Figure 2 représente les courbes obtenues sur un circuit patient à une branche, - La Figure 3 représente les courbes obtenues sur un circuit patient à deux branches en forme de Y, et - La figure 4 est un algorithme permettant d'estimer le débit inspiré par le patient en présence d'une fuite. La Figure 1 est un schéma de principe d'un mode de réalisation possible d'un dispositif de ventilation d'un patient P selon la présente invention qui comprend un ventilateur 1 médical, encore appelé respirateur ou machine de ventilation, qui génère un gaz sous pression positive raccordé fluidiquement à un circuit patient 2 de manière à alimenter le circuit patient 2 avec le gaz sous pression. Le circuit patient 2 comprenant une ou plusieurs branches respiratoires, c'est-à-dire conduits ou tuyaux véhiculant le gaz. Lorsqu'il comporte deux branches, comme illustré en Figure 1, celles-ci forment un circuit en « Y », l'une des branches servant à alimenter le patient en gaz frais et l'autre à évacuer les gaz expirés par le patient P, qui sont enrichis en CO2. L'interface entre le patient P et le circuit patient 2 est typiquement formée d'un masque respiratoire 6 venant recouvrir le nez du patient P, sa bouche ou les deux selon le type de masque utilisé. Un tel ventilateur médical 1 permet d'assurer une ventilation assistée de type « PAP » au patient P qui est relié à la machine 1 délivrant le gaz respiratoire sous une pression positive, c'est-à-dire à une pression supérieure à la pression atmosphérique (i.e. > 1 atm), par exemple un gaz comme l'air, de l'air enrichi en oxygène ou un mélange 02/N2. Le patient est donc maitre de la ventilation puisqu'il respire à son rythme et la machine ne fait que suivre la respiration du patient.

Afin de pouvoir détecter les cycles respiratoires du patient P et estimer les fuites entre l'appareil et le patient P, notamment au niveau du masque 6, et ce, quelle que soit la configuration du respirateur 1 et du circuit patient 2, c'est-à-dire que le circuit 2 comprenne une ou plusieurs branches, encore appelées lignes de gaz, dans le but ultime de déterminer le débit patient en temps réel et de façon aussi fiable que possible, selon la présente invention, il est proposé de mettre en oeuvre un unique capteur de débit 3 relié au circuit patient 2 de manière à pouvoir y mesurer le débit Q du gaz véhiculé par ledit circuit patient 2. Plus précisément, cet unique capteur de débit 3 est raccordé à l'une desdites branches respiratoires du circuit patient 2 de manière à y déterminer au moins un signal de débit Q représentatif du débit du gaz circulant dans la branche respiratoire considérée, en particulier dans la branche amenant le gaz depuis la machine 1 jusqu'au patient P. Sur la Figure 1, est schématisé un circuit patient 2 à une seule branche ou ligne. Par ailleurs, des moyens de traitement de signal 4, c'est-à-dire un dispositif de traitement, comprenant notamment un filtre passe-bande ou un filtre passe-haut, coopèrent avec le capteur de débit 3 de manière à déterminer au moins une valeur de fuite moyenne de gaz, appelée Fmoy, et au moins une valeur de débit inspiratoire, appelée Qinsp, à partir du signal de débit Q mesuré par le capteur 3 relié au circuit patient 2. Le dispositif de traitement de signal 4 est généralement implanté dans le ventilateur 1 mais il peut néanmoins, selon le mode de réalisation choisi, être inséré dans un boitier externe raccordé au capteur 3.

Différentes technologie peuvent être utilisées pour le capteur 3, notamment de type débitmètre massique ou débitmètre à élément déprimogène. A titre d'exemple de capteur 3, on peut utiliser le capteur référencé AWMP720 commercialisé par la société Honeywell. Le signal de débit Q mesuré par le capteur 3 est transmis aux moyens de traitement de signal 4 par le biais d'une (ou plusieurs) liaison électrique 5 classique.

A partir du signal de débit Q mesuré par le capteur de débit 3 unique connecté à la ligne d'alimentation 2 en gaz du patient P, on détermine ensuite par traitement des valeurs de débit inspiratoire du patient Qinsp et de fuite moyenne Fmoy de gaz. Pour ce faire, on réalise une décomposition du signal Q en deux parties : une composante continue et une composante alternative. La composante continue représente la fuite moyenne Fmoy, alors que la partie positive de la composante alternative est l'image du débit inspiré Qinsp par le patient P. A cette fin, on utilise un filtre passe haut ou un filtre passe bande pour extraire la composante alternative du signal et ainsi déterminer le débit inspiré Qinsp par le patient P.

La fréquence de coupure du filtre passe haut est généralement comprise entre 0.05 et 0.5 Hz. Elle est issue directement des fréquences respiratoires qui sont comprises entre 1 et 2 Hz. Le filtre peut être réalisé en analogique à l'aide d'une ou plusieurs résistance, condensateur et amplificateur opérationnel Toutefois, il peut être aussi réalisé en numérique à l'aide d'un microcontrôleur. Dans ce cas, on transforme en numérique le signal du capteur 3 à l'aide d'un convertisseur analogique/numérique. En numérique, un filtre passe haut du premier ordre est codé de la manière suivante : Sortie = A (Entrée - Entrée(.4)) + B (sortie(.4)) avec : _ (.4) représentant la valeur lors de l'échantillonnage précédent, - Sortie = Sortie du filtre - Entrée = Entrée du filtre - A et B sont les coefficients du filtre considéré. Ensuite, tel que schématisé sur la Figure 4, la composante continue 14 est déterminée en effectuant une soustraction 13 entre les valeurs de signal de débit d'entrée 10 (Q) et le signal 12 de sortie du filtre 11. La soustraction 13 est réalisé en analogique à l'aide d'un amplificateur opérationnel et de 4 résistances, ou en numérique. Dans ce dernier cas, il s'agit de réalisé une soustraction à chaque période d'échantillonnage. La partie positive du signal 12 représente en instantané le débit inspiré par le patient Qinsp, alors que le signal 14 représente la fuite moyenne Fmoy sur le cycle. En numérique, l'algorithme utilisé est par exemple du type : Qpatient = A(Q - Q(n-1)) + B (Qpatient (n-1)) Fmoy = Q - Qpatient Où: - A et B sont les coefficients du filtre - Q = signal de débit d'entrée mesuré par le capteur 3 pendant un cycle respiratoire donné. - Q(11-1) = signal de débit d'entrée mesuré pendant le cycle précédent Les avantages d'un tel dispositif est qu'il ne met en oeuvre qu'un seul capteur et que dès lors non seulement son temps de réponse est très faible puisqu'on peut connaitre la valeur de fuite dés le premier cycle ventilatoire, mais aussi la puissance de calcul nécessaire est aussi très faible étant donné qu'un simple filtre passe haut du premier ordre peut largement suffire pour traiter le signal. Une fois que les valeurs de fuite moyenne de gaz Fmoy, de débit inspiratoire Qinsp et de débit Q mesuré, ont été déterminées, par exemple pendant une période de temps T donnée, on peut les visualiser, c'est-à-dire les afficher, par exemple sous forme de courbes 8, sur des moyens d'affichage 7, c'est-à-dire un dispositif d'affichage, tel un moniteur ou analogue. Ainsi, les Figures 2 et 3 représentent des courbes obtenues avec un dispositif selon l'invention dans le cas d'un circuit patient 2 à une branche (Fig. 2) et, de manière alternative, d'un circuit patient 2 à deux branches en forme de Y (Fig. 3).

Ces courbes sont issues d'essais dans le cadre desquels on a créé une fuite intentionnelle entre le circuit patient 2 et la bouche du patient P. A l'aide d'un capteur 3externe au ventilateur 1, on a mesuré le débit au plus prés de la bouche du patient P, en amont de la fuite créée. Ces courbes représentent, au cours du temps T, les variations (exprimées en cl/min) du débit mesuré par le capteur 3, du débit inspiratoire estimé, de la fuite estimée et du débit patient mesuré en amont de la fuite. Plus précisément, la courbe : - Cl représente le débit mesuré en sortie ventilateur par le capteur 3. - C2 représente le débit mesuré en amont de la fuite, au plus prés de la bouche du patient. - C3 représente la composante continue du signal issu du capteur 3. En inspiration, elle correspond à la fuite moyenne estimée. - C4 représente la composante alternative du signal issu du capteur 3. En inspiration, elle correspond au débit inspiré par le patient.

Comme on le voit sur ces courbes, lors de l'inspiration, le débit mesuré à la bouche du patient P est très proche du débit estimé par l'algorithme, ce qui montre l'efficacité du procédé pour déterminer le débit patient.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de ventilation comprenant : - un ventilateur (1) apte à générer un gaz sous pression positive raccordé fluidiquement à un circuit patient (2) de manière à pouvoir alimenter ledit circuit patient (2) avec ledit gaz sous pression, ledit circuit patient (2) comprenant une ou plusieurs branches respiratoires, - un unique capteur de débit (3) raccordé à l'une desdites branches respiratoires dudit circuit patient (2) de manière à déterminer au moins un signal de débit (Q) représentatif du débit du gaz circulant dans ladite branche respiratoire, et - des moyens de traitement de signal (4) coopérant avec le capteur de débit (3) de manière à déterminer au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) et au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) à partir dudit au moins un signal de débit (Q) mesuré.
2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de traitement de signal (4) comprennent un filtre passe-bande ou un filtre passe-haut.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement de signal (4) sont aptes à et conçus pour déterminer au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) par traitement par ledit filtre passe-bande ou un filtre passe-haut dudit au moins un signal de débit (Q) mesuré.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement de signal (4) sont aptes à et conçus pour déterminer au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) à partir d'au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) et d'au moins un signal de débit (Q) mesuré.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement de signal (4) comprennent en outre une carte électronique équipée d'un convertisseur analogique/numérique, d'un élément de calcul type microcontrôleur, microprocesseur, processeur ou processeur de signal.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit patient (2) est à une branche respiratoire unique ou double.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou l'une des branches respiratoires dudit circuit patient (2) comprend un masque respiratoire (6).
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'affichage (7) permettant une visualisation d'une ou plusieurs courbes (8) représentatives des variations des valeurs de fuite moyenne de gaz (Fmoy), de débit inspiratoire (Qinsp) et de débit (Q) mesuré, pendant une période de temps (T) donnée.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement de signal (3) sont compris dans le ventilateur (1).
10. Procédé de détermination d'au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) et d'au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) comprenant les étapes de : a) générer un gaz sous pression positive (>1 atm) au moyen d'un ventilateur (1) raccordé fluidiquement à un circuit patient (2) comprenant une ou plusieurs branches respiratoires, et alimenter ledit circuit patient (2) avec ledit gaz sous pression, b) déterminer au moins un signal de débit (Q) représentatif du débit du gaz circulant dans ladite branche respiratoire, au moyen d'un unique capteur de débit (3) raccordé à l'une desdites branches respiratoires dudit circuit patient (2), c) traiter le signal de débit (Q) mesuré à l'étape b), et d) déduire du traitement de l'étape c), au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) et au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp).
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'à l'étape c), on détermine au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) par traitement par un filtre passe- bande ou un filtre passe-haut dudit au moins un signal de débit (Q) mesuré.
12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'à l'étape c), on détermine au moins une valeur de fuite moyenne de gaz (Fmoy) à partir d'au moins une valeur de débit inspiratoire (Qinsp) et d'au moins un signal de débit (Q) mesuré.