Introduction au ventilateur
Un ventilateur est un appareil médical utilisé pour aider à respirer les patients qui ne peuvent pas le faire par eux-mêmes en raison de diverses affections, telles que le syndrome de détresse respiratoire, la BPCO, l'apnée obstructive du sommeil et l'asthme. En substance, le ventilateur fait entrer et sortir l'air des poumons, aidant ainsi le patient à respirer.
Principes du ventilateur
Un ventilateur fonctionne en fournissant un flux d'air ou d'oxygène aux poumons, permettant ainsi au patient d'inspirer de l'oxygène et d'expirer du dioxyde de carbone. Cela est particulièrement important pour les personnes souffrant de maladies respiratoires, car cela peut les aider à maintenir leur taux d'oxygène dans le sang.
Composants d'un ventilateur
Le ventilateur est un mélange de circuits électroniques et de circuits d'air mécaniques. Sa structure générale est composée de neuf parties : source d'oxygène, électrovanne, dispositif de mélange d'air, soupape de limitation de pression, humidificateur et circuit de contrôle de la température, mesureur de résistance des voies respiratoires, valve respiratoire, boîtier de signalisation et circuit de commande de l'électrovanne.
Source d'oxygène
Il s'agit d'un dispositif de stockage d'oxygène conçu pour fournir au patient l'oxygène dont il a besoin pour respirer. Il est généralement alimenté par une bouteille d'oxygène à haute pression ou de l'air comprimé.
Soupape à solénoïde
La vanne solénoïde est une vanne tout ou rien pour la « source d'oxygène ». La différence entre celle-ci et la vanne de régulation mécanique réside dans le fait qu'elle est commandée électriquement, c'est-à-dire qu'elle contrôle l'ouverture et la fermeture de la vanne en commandant l'activation et la désactivation du courant de la bobine de la vanne solénoïde, afin de faire circuler ou de couper le flux d'air. Son principe de fonctionnement est quelque peu similaire à celui des relais ordinaires.
Air mélangé
Le dispositif de mélange d'air utilise le principe de réduction de la pression latérale du fluide à grande vitesse et injecte de l'oxygène à partir de la buse à grande vitesse pour générer une zone de pression négative. La pression d'air des deux côtés est supérieure à celle de la zone de pression négative, et l'air est entraîné dans le flux d'oxygène à grande vitesse.
Soupape de limitation de pression
La soupape de limitation de pression est un dispositif de limitation de la pression du gaz qui garantit que le gaz est émis à une certaine pression. Lorsque la machine quitte l'usine, elle est généralement réglée à une hauteur de 6 kPa (60 cmH2O). Si la pression d'air en sortie de la machine dépasse cette valeur, le gaz sera automatiquement libéré afin de garantir la sécurité du patient.
Circuit de contrôle de la température et de l'humidificateur
Il s'agit d'un dispositif à température constante dans lequel de l'eau et du gaz à température constante peuvent entrer et sortir. Ce dispositif permet d'éviter la stimulation des poumons du patient par l'air froid, d'éviter la déshydratation des muqueuses des voies respiratoires et de jouer un rôle d'humidification, de filtration et de réchauffement similaire à celui des voies respiratoires humaines. Le circuit de contrôle de la température est un circuit utilisé pour régler la température de l'eau dans l'humidificateur et la maintenir constante.
Tableau de résistance des voies respiratoires
Cette table est un dispositif utilisé pour indiquer la résistance des voies respiratoires du patient. À partir de la résistance des voies respiratoires et de la pression de la source d'oxygène, il est possible de calculer respectivement la teneur en oxygène (à l'exclusion de la teneur en oxygène dans l'air) et le volume courant.
Valve respiratoire
Il s'agit d'un dispositif qui utilise des méthodes pneumatiques pour actionner deux valves afin de réaliser la combinaison organique de trois signaux : expiration, décryptage de la puce IC, inspiration et pression d'air négative. Lors de l'inspiration, la valve inspiratoire s'ouvre et la machine fournit de l'air au patient dans un seul sens. Lors de l'expiration, la valve inspiratoire se ferme et le gaz expiré est évacué par les voies expiratoires.
Boîte à signaux
Le boîtier de signalisation est composé d'une paire de contacts électriques étanches actionnés par un diaphragme élastique sensible. Lorsque la pression négative d'aspiration atteint une certaine valeur, le contact est déconnecté et le boîtier de signalisation émet un signal impulsionnel. De cette manière, la pression négative d'inhalation du patient est convertie en un signal électrique, puis transmise au « circuit de commande de l'électrovanne » afin d'exercer un effet de contrôle sur l'électrovanne.
Circuit de commande pour électrovanne
Il s'agit d'un système de commande logique composé de circuits numériques à impulsions, qui sert à contrôler l'activation ou la désactivation de l'électrovanne. Enfin, grâce au circuit d'air, la fréquence respiratoire requise, la respiration contrôlée par la machine du rapport temps respiratoire/temps expiratoire, la respiration synchronisée et la conversion automatique entre respiration active et passive sont réalisées.
Types de ventilateurs
Il existe plusieurs types de ventilateurs qui varient en termes de caractéristiques et de capacités. Les types de ventilateurs les plus couramment utilisés sont les suivants :
Ventilateur à pression positive :
Le type de ventilateur le plus courant est le ventilateur à pression positive, qui utilise une combinaison de pression et de débit d'air pour acheminer l'oxygène vers les poumons. Ce type de ventilateur est souvent utilisé dans les unités de soins intensifs, où l'état des patients est très critique. La pression d'air aide à maintenir les voies respiratoires ouvertes afin que l'air puisse entrer et sortir des poumons. Certains ventilateurs à pression positive peuvent être utilisés pour une ventilation à court terme ou à long terme.
Ventilateur de volume :
Ce type de ventilateur est conçu pour fournir un volume d'air spécifique aux poumons du patient. Il est généralement utilisé pour la ventilation à long terme, par exemple dans les cas d'insuffisance respiratoire chronique.
Ventilateur à pression contrôlée :
Ce type de ventilateur est conçu pour contrôler la pression d'air délivrée aux poumons du patient. Il est utilisé pour la ventilation à court terme, par exemple en cas d'insuffisance respiratoire aiguë.
Ventilateur à débit variable :
Ce type de ventilateur est conçu pour faire varier le débit d'air ou d'oxygène délivré aux poumons du patient. Ce type de ventilateur est utilisé pour la ventilation à long terme, par exemple dans les cas d'insuffisance respiratoire chronique.
Ventilateur non invasif :
Ce type de ventilateur est conçu pour fournir de l'air ou de l'oxygène au patient sans nécessiter d'intubation ou de trachéotomie.
Conception du ventilateur
Les ventilateurs existent dans différents modèles, mais ils ont généralement tous certaines caractéristiques communes. Un ventilateur se compose d'un système de circulation d'air, d'un masque, d'un système de contrôle et d'un moniteur. Le système de circulation d'air est chargé de fournir l'air ou l'oxygène qui est administré au patient. Le masque est la partie du ventilateur qui est placée sur le visage du patient, permettant à l'air d'être acheminé vers les poumons. Le système de contrôle est chargé de réguler le débit d'air et de contrôler sa pression, tandis que le moniteur sert à suivre la fréquence respiratoire et le taux d'oxygène du patient.
Voici un exemple de conception du système de ventilation PB560 de Medtronic.
Schéma fonctionnel
Schéma
CAD Structure
L'un des éléments les plus importants dans la conception d'un ventilateur est la sécurité. L'appareil doit être conçu dans un souci de sécurité, afin de garantir que le patient ne soit pas exposé à des niveaux élevés de pression d'air ou d'oxygène qui pourraient être potentiellement dangereux. En outre, l'appareil doit être conçu pour être facile à utiliser et à entretenir, afin de minimiser le risque d'utilisation accidentelle.
Ces dernières années, de nombreux progrès ont été réalisés dans la conception des ventilateurs. De nombreux ventilateurs modernes sont conçus pour être portables, ce qui permet de les utiliser dans divers environnements. De plus, de nombreux ventilateurs intègrent désormais des fonctionnalités telles que la surveillance automatique de la pression, des réglages de pression variables et des alarmes pour alerter l'utilisateur si les niveaux d'oxygène deviennent trop bas.
Conclusion
Cet article présente le principe, les composants et la conception d'un ventilateur. Il s'agit d'un moyen important pour prévenir et traiter l'insuffisance respiratoire ou d'autres traitements de soutien. Si vous souhaitez concevoir ou procéder à une ingénierie inverse sur des ventilateurs, n'hésitez pas à nous contacter pour obtenir de l'aide.
