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" DISPOSITIF DE CONTROLE PULMONAIRE CONTINU ".-
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La présente in- ention se rapporta à on dispositif de contrôle pulmonaire continu.
La surveillance de la fonction respiratolre est un des aspects de la surveillance du comportementd'un su- jet. Cette surveillance revêt même une importance fondamentale dans le cas delà surveillence post-opératoire d'un patient en vue de déterminer, dans les réactions du système régulateur, celles qui découlent normelement de l'acte chirurgioal et celles qui résultent d'une complication. Le contrôle pulmo- naire d'un sujet ou d'un patient est donc, du point de vue - clinique, d'une extrême importance..
Jusqu'à présent, un tel contrôle se faisait d'une façon discontinue en procédant à des mesures discrètes, sa- voir : mesure du débit et du volume expiratoires, mesure des concentrations partielles d'oxygène et d'anhydride carbonique dans le volume d'air expiré. Ces mesures donnaient des résul- tats à des instants donnés et étaient,en fait, sans relation précise entre elles. On sait en effet que si les concentra- tions partielles d'oxygène et d'anhydride carbonique dans l'air inspiré sont constantes, il n'en est nullement de même des concentrations partielles de ces gaz dans l'air expiré. Bien au contraire, les concentrations partielles varient au cours d'un cycle respiratoire, l'air devenant de plus en plus pauvre en oxygène au cours de la phase ex- piratoire, et de plus en plus riche en anhydride carboni- que.
Il est d'autre part très facile à comprendre que, pour être vraiment significatives, les valeurs mesurées doivent correspondre à tout instant à un même échantillon, c'est-à- dire que chaque valeur instantanée des concentrations partielles en oxygène et anhydride carbonique doit cor-
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respondre à chaque valeur instantanée du volume d'air expiré du même échantillon. Or les appareils existants n'ont pas des temps de réponse identiques.
Les uns, tels que le pneimotachographe qui permet la mesure du débit et du volume expiratoires, répondent instantanément alors que d'autres appareils, tels que les analyseurs de gas qui per- mettent de mesurer les concentrations partielles d'oxygène et d'anhydride carbonique dans l'air expiré, ne répondent qu'avec un certain retard, lequel est d'ailleurs influencé par le temps de cheminement des gaz dans les conduits de raccordement.
De plus, il est facilement concevable qu'une in- tervention d'urgence ou une intervention post-opératoire quelconque ne peut être vraiment efficace que si les pra- ticiens disposent ou peuvent disposer à tout moment et si- multanément de toutes les données instantanées qui leur per- mettent de connaître l'état réel du patient et qui leur per- mettent même de pouvoir prévoir l'évolution immédiate norma- le de cet état. Un dispositif de mesure continu permettrait au praticien de connaître à tout moment l'état évolutif de son patient.
La présente invention procure un dispositif de con- trôle continu qui apporte une solution au problème évoqué plus haut.
Le dispositif selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend une première bouteille de mélange dont l'en- trée est connectée à un moyen d'introduction de l'air expiré par un patient; une deuxième bouteille de mélange dont une première sortie est connectée à un moyen d'évacuation de l'air expiré; un capteur sensible au débit, connecté entre la sortie
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de la première bouteille et l'entrée de la deuxième bou- teille, et fournissant un signal proportionnel au débit; et un appareil d'analyse des gaz contenus dans l'air expi- ré, connecté à une deuxième sortie de la deuxième bouteille.
Selon une particularité spécifique de l'invention, les bouteilles de mélange sont constituées d'une enveloppe tubulaire allongée à l'intérieur de laquelle se trouvent dis- posés des moyens pour créer des filets tourbillonnaires.
Dans une forme de réalisation avantageuse du dis- positif selon l'invention, le volume de la deuxième bouteil- le de mélange est plus petit que celui de la première bou- teille.
Selon une autre particularité avantageuse de l'in- vention, le dispositif de contrôle comprend en outre un dispositif distributeur destiné à permettre l'échantillon- nage du gaz à mesurer et de gaz étalons appropriés, dont une entrée est connectée à ladite deuxième sortie de la deuxième bouteille de mélange et dont la sortis est connectée à l'en- trée de l'appareil d'analyse.
L'invention sera décrits ci-après à l'aide des dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est un schéma fonctionnel général du dispositif selon l'invention; - la figure 2 montre schématiquement la réalisation d'une bouteille de mélange selon l'invention; - la figure 3 montre l'allure typique d'une courbe de mesure continue de la concentration partielle d'anhydride carbonique dans l'air expiré; - la figure 4 illustre chématiquement le circuit du distributeur incorporé dans le montage selon la figure 1.
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La figure 1 montre un schéma fonctionnel général du dispositif selon l'invention. Entre une première bouteil- le de mélange 1 recevant l'air expiré E et une seconde bou- teille de mélange 2 dont la sortie est connectée à un moyen d'évacuation S de l'air expiré, se trouve connecté un ap- pareil sensible au débit 3 que l'on appellera capteur. Celui- ci peut être constitué d'un pneumotachographe créant entre ses deux extrémités une différence de pression proportionnel- le au débit de l'air expiré. Au capteur 3 est connecté un appareil de mesure 4 classique qui peut être étalonné en fonction du débit ou du volume d'air expiré.
Le dispositif selon l'invention ccmprend encore, dans sa version la plus simple, un appareil d'analyse 5 destiné à analyser les gaz contenus dans l'air expiré, et connecté à une seconde sortie de la bouteille de mélange 2. L'appareil d'analyse 5 comprend un analyseur d'oxygène et un analyseur d'anhydride carboni- que. Ces deux analyseurs peuvent être choisis parmi les ap- pareils disponibles tels que l'analyseur d'oxygène SERVOMEX et l'analyseur d'anhydride carbonique CODART.
On reviendra plus loin sur les organes et circuits auxiliaires pour décrire à présent en détails la disposition qui vient d'être schématisée ci-dessus.
Les bouteilles de mélange 1 et 2 ont pour but d'as- surer une homogénéisation stable de l'air expiré de manière à pouvoir mesurer les concentrations moyennes d'oxygène et d'an- hydride carbonique dans l'air expiré. Ce moyen permet d'obte- nir ainsi, pour chaque valeur instantanée du volume d'air expi- ré (mesuré sur l'appare il 4), les concentrations partielles d'oxygène et d'anhydride carbonique du même échantillon d'air expiré.
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Selon l'invention, e volume de la première bou- teille de mélange 1 est plue grand que celui de la seconda bouteille 2. Le volume de 'a bouteille 1 Joie. être supérieur au volume d'air courant expiré par expiration, mais, par ailleurs, il y a intérêt ne pas augmenter inconsidérément ce volume car la réponse u système est d'autant plus ra- pide que le volume est plus petit. Une solution de compromis qui s'est avérée avantageuse est celle selon laquelle le vo- lume de la bouteille 1 est de 1500 ml environ et le volume de la bouteille 2 de 800 m@ environ. Ce choix n'est évidem- ment qu'un exemple non limitatif permettant d'illustrer la disposition selon l'invention.
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La figure 2 montri schématiquement la réalisation d'une bouteille de mélange selon l'invention. A l'intérieur d'une enveloppe tubulaire allongée 20, constituée d'un maté- riau quelconque, sont disposés des moyens pour créer des fi- lets tourbillonnaires. Dans l'exemple illustré, ces moyens consistent en un ensemble de réseaux maillés transversaux ir- réguliers schématisés en 22.des réseaux qui peuvent être cons- titués d'un matériau quelconque, une matière plastique par exemple, sont imbriqués les uns dans les autres suivant l'axe longitudinal 21 du tube 20. Celui-ci est fermé à ses extré- mités par des'embouts 23 t 24, constitués par exemple d'alu- minium, fixés par vis par exemple.
L'air introduit par le tuyau 25, rencontrant successivement les surfaces des réseaux transversaux consécutifs, se ramifie à travers les mailles en produisant des filets tourbillonnaires. Une bonne homogénéi- sation se produit ainsi graduellement.
La figure 3 montre l'allure typique d'une courbe de mesure continue de la concentration d'anhydride carbonique dans l'air expiré. Après un laps de temps t R, qui est le temps de réponse du système, l'air expiré s'enrichit graduellement en anhydride carbonique dans l'appareillage pendant un laps
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de temps t H, ou temps d'homogénéisation; la partie hori- zontale de la courbe donne la mesure de la concentration moyenne d'anhydride carbonique dans l'air expiré. Pendant la mème période, les courbes de mesure continue delà con- centration d'oxygène dans l'air expiré présentent une al- lure analogue, à ceci près que l'air expiré s'appauvrit graduellement en oxygène pendant le temps d'homogénéisa- tion tH de l'appareil.
En se reportant à la figure 1 on voit que le dis- positif selon l'invention.comprend un distributeur 6 dont le but est de permettre un échantillonnage aisé du gaz me- surf et des gaz étalons appropriés.
Le circuit du distributeur est représenté sur la figure 4. Il comprend un système de six vannes à 3 états disposées en échelons. Ces vannes 41 à 46 peuvent être com- mandées par des moyens quelconques: mécaniques, électriques, électroniques, etc. La vanne 41 est connectée à l'entrée de la chaîne par la voie 51 et aux analyseurs par la voie 52.
Cette vanne 41 permet de prélever un échantillon de l'air expiré pour en mesurer la concentration alvéolaire d'anhy- dride carbonique. La vanne 42 est connectée à une sortie de la deuxième bouteille de mélange 2 par la voie 53. La vanne 43 est connectée à une source d'oxygène pur par la voie 54 en vue d'étalonner l'analyseur d'oxygène. La vanne 44 reçoit l'air ambiant en 55. Cette vanne permet de mesurer la con- centration d'anhydride carbonique dans l'air inspiré et de vérifier le zéro de l'analyseur d'oxygène. La vanne 45 est connectée à une source d'azote pur par la voie 56. Cette vanne sert à régler les zéros des analyseurs.
La vanne 46 est con- nectée d'une part à une source de mélange-étalon par la voie 57 et, d'autre part, elle reçoit l'air ambiant débarrassé
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de son anhydride carbonique par passage sur de la chaux sodée, par la -voie 58. Les diverses combinaisons des états de vannes 41 à 46 permettent ainsi de procéder aisément à tous les échantillonnages voulus aussi bien pour l'étalon- nage des analyseurs que pour l'analyse des gaz.
Le dispositif selon l'inventbn fournit ainsi au praticien, d'une manière continue et simultanée, toutes les données qui lui permettent de connaître et de surveil- ler en temps réel l'état évolutif de la ventilation d'un patient. Ces données peuvent être mesurées et être traitées en analogique ou en numérique par des procédés bien connus.
Selon une particularité de l'invention, les ana- lyseurs d'oxygène (47) et d'anhydride carbonique (48) tra- vaillent en parallèle avec une pompa commune (49), placée en amont. Cette disposition permet d'utiliser des analyseurs travaillant avec des débits différents.
REVENDICATIONS.
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"CONTINUOUS PULMONARY CONTROL DEVICE" .-
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This invention relates to a continuous pulmonary monitoring device.
Monitoring of respiratory function is one aspect of monitoring a subject's behavior. This monitoring is even of fundamental importance in the case of post-operative monitoring of a patient with a view to determining, in the reactions of the regulatory system, those which normally result from the surgical act and those which result from a complication. Pulmonary control of a subject or patient is therefore, from a clinical point of view, of extreme importance.
Until now, such control was done in a discontinuous manner by proceeding to discrete measurements, namely: measurement of the expiratory flow and volume, measurement of the partial concentrations of oxygen and carbon dioxide in the volume of exhaled air. These measurements yielded results at specific times and were, in fact, unrelated to one another. We know in fact that if the partial concentrations of oxygen and carbon dioxide in the inspired air are constant, it is not at all the same for the partial concentrations of these gases in the expired air. On the contrary, the partial concentrations vary during a respiratory cycle, the air becoming increasingly poor in oxygen during the exhalation phase, and more and more rich in carbon dioxide.
It is also very easy to understand that, to be truly significant, the measured values must correspond at all times to the same sample, that is to say that each instantaneous value of the partial concentrations of oxygen and carbon dioxide must horn-
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respond to each instantaneous value of the volume of exhaled air of the same sample. However, existing devices do not have identical response times.
Some, such as the pneimotachograph which allows the measurement of expiratory flow and volume, respond instantaneously while other devices, such as gas analyzers which allow partial concentrations of oxygen and carbon dioxide to be measured. in the exhaled air, respond only with a certain delay, which is moreover influenced by the travel time of the gases in the connection ducts.
Furthermore, it is easily conceivable that an emergency intervention or any post-operative intervention can only be truly effective if the practitioners have or can have at all times and simultaneously all the instantaneous data. which allow them to know the real state of the patient and which even allow them to be able to predict the normal imme- diate development of this state. A continuous measurement device would allow the practitioner to know at any time the evolving state of his patient.
The present invention provides a continuous monitoring device which provides a solution to the problem mentioned above.
The device according to the invention is characterized in that it comprises a first mixing bottle, the inlet of which is connected to a means for introducing the air exhaled by a patient; a second mixing bottle, a first outlet of which is connected to a means for discharging the exhaled air; a flow-sensitive sensor, connected between the output
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of the first bottle and the inlet of the second bottle, and providing a signal proportional to the flow rate; and an apparatus for analyzing the gases contained in the exhaled air, connected to a second outlet of the second bottle.
According to a specific feature of the invention, the mixing bottles consist of an elongated tubular envelope inside which there are arranged means for creating swirling threads.
In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the volume of the second mixing bottle is smaller than that of the first bottle.
According to another advantageous feature of the invention, the control device further comprises a distributor device intended to allow the sampling of the gas to be measured and of suitable standard gases, one input of which is connected to said second output of the second mixing bottle, the outlet of which is connected to the input of the analyzer.
The invention will be described below with the aid of the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a general functional diagram of the device according to the invention; - Figure 2 shows schematically the embodiment of a mixing bottle according to the invention; FIG. 3 shows the typical appearance of a continuous measurement curve of the partial concentration of carbon dioxide in the exhaled air; - Figure 4 schematically illustrates the circuit of the distributor incorporated in the assembly according to Figure 1.
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FIG. 1 shows a general functional diagram of the device according to the invention. Between a first mixing bottle 1 receiving the exhaled air E and a second mixing bottle 2, the outlet of which is connected to a means S for discharging the exhaled air, there is connected a sensitive device. at flow rate 3 which will be called sensor. This can consist of a pneumotachograph creating between its two ends a pressure difference proportional to the flow rate of the exhaled air. To the sensor 3 is connected a conventional measuring device 4 which can be calibrated according to the flow rate or the volume of exhaled air.
The device according to the invention still ccmprend, in its simplest version, an analysis apparatus 5 intended to analyze the gases contained in the exhaled air, and connected to a second outlet of the mixing bottle 2. The apparatus Analysis 5 comprises an oxygen analyzer and a carbon dioxide analyzer. These two analyzers can be chosen from the available devices such as the SERVOMEX oxygen analyzer and the CODART carbon dioxide analyzer.
We will come back to the auxiliary components and circuits later to describe in detail the arrangement which has just been shown schematically above.
The purpose of the mixing bottles 1 and 2 is to ensure stable homogenization of the exhaled air so that the average concentrations of oxygen and carbon dioxide in the exhaled air can be measured. This means thus makes it possible to obtain, for each instantaneous value of the volume of exhaled air (measured on the device 4), the partial concentrations of oxygen and carbon dioxide of the same sample of exhaled air. .
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According to the invention, the volume of the first mixing bottle 1 is greater than that of the second bottle 2. The volume of the bottle 1 Joy. be greater than the volume of current air exhaled by expiration, but, moreover, it is advantageous not to increase this volume inconsiderately, since the response of the system is all the more rapid the smaller the volume. A compromise solution which has been found to be advantageous is that where the volume of bottle 1 is about 1500 ml and the volume of bottle 2 is about 800 ml. This choice is obviously only a non-limiting example making it possible to illustrate the arrangement according to the invention.
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FIG. 2 schematically shows the embodiment of a mixing bottle according to the invention. Within an elongated tubular casing 20, made of any material, is arranged means for creating vortex threads. In the example illustrated, these means consist of a set of irregular transverse mesh networks schematized in 22, networks which can be made up of any material, a plastic for example, are nested one inside the other. along the longitudinal axis 21 of the tube 20. The latter is closed at its ends by end pieces 23 t 24, made for example of aluminum, fixed by screws for example.
The air introduced by the pipe 25, successively meeting the surfaces of the consecutive transverse networks, ramifies through the meshes producing vortex threads. Good homogenization thus occurs gradually.
Figure 3 shows the typical appearance of a continuous measurement curve of the concentration of carbon dioxide in the exhaled air. After a period of time t R, which is the response time of the system, the exhaled air is gradually enriched with carbon dioxide in the equipment during a period
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time t H, or homogenization time; the horizontal part of the curve gives the measure of the average concentration of carbon dioxide in the exhaled air. During the same period, the curves of continuous measurement of the concentration of oxygen in the exhaled air show a similar pattern, except that the exhaled air is gradually depleted of oxygen during the homogenization time. tH tion of the device.
Referring to FIG. 1, it can be seen that the device according to the invention comprises a distributor 6, the purpose of which is to allow easy sampling of the me-surf gas and of the appropriate standard gases.
The distributor circuit is shown in Figure 4. It comprises a system of six 3-state valves arranged in steps. These valves 41 to 46 can be controlled by any means: mechanical, electrical, electronic, etc. Valve 41 is connected to the inlet of the chain via channel 51 and to the analyzers via channel 52.
This valve 41 makes it possible to take a sample of the exhaled air in order to measure the alveolar concentration of carbon dioxide. The valve 42 is connected to an outlet of the second mixing bottle 2 through the channel 53. The valve 43 is connected to a source of pure oxygen through the channel 54 in order to calibrate the oxygen analyzer. The valve 44 receives the ambient air at 55. This valve makes it possible to measure the concentration of carbon dioxide in the inspired air and to check the zero of the oxygen analyzer. The valve 45 is connected to a source of pure nitrogen through the channel 56. This valve is used to adjust the zeros of the analyzers.
The valve 46 is connected on the one hand to a source of standard mixture via the channel 57 and, on the other hand, it receives the free ambient air.
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of its carbon dioxide by passing it over soda lime, through channel 58. The various combinations of valve states 41 to 46 thus make it possible to easily carry out all the samples required both for the calibration of the analyzers and for gas analysis.
The device according to the invention thus provides the practitioner, in a continuous and simultaneous manner, with all the data which allow him to know and monitor in real time the evolving state of a patient's ventilation. These data can be measured and processed in analog or digital by well known methods.
According to a particular feature of the invention, the oxygen (47) and carbon dioxide (48) analyzers work in parallel with a common pump (49), placed upstream. This arrangement makes it possible to use analyzers working with different flow rates.
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