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1
Mesure de pression et débitMesure de pression et débit
Daniel ISABEYDaniel ISABEY
M2_2007_2008 1
Inserm UMR 841
Equipe Biomécanique Cellulaire et Respiratoire
Faculté de Médecine de Créteil
Inserm UMR 841
Equipe Biomécanique Cellulaire et Respiratoire
Faculté de Médecine de Créteil
Évaluation des paramètres mécaniques du
Mesures de pression, débit et volumeMesures de pression, débit et volume
Asservissements du ventilateur
(en ventilation artificielle)(en ventilation artificielle)
M2_2007_2008 2
Évaluation des paramètres mécaniques du système respiratoire en ventilation artificielle
Compliance : ΔV/ ΔP (ml/cmH2O) ⇒ poumon - cage thoraciqueRésistance: ΔP/ (cmH2O/Ls−1) ⇒ voies aériennes, tissus
Travail respiratoire
Compliance : ΔV/ ΔP (ml/cmH2O) ⇒ poumon - cage thoraciqueRésistance: ΔP/ (cmH2O/Ls−1) ⇒ voies aériennes, tissus
Travail respiratoireV
Schéma pneumatique du Galiléo (Hamilton)
M2_2007_2008 3
2
BiPAP Vision Respironics
Schéma de fonctionnement
M2_2007_2008 4
Calibration et tests des ventilateurs
Respironics
M2_2007_2008 5
Quelques principes généraux…Quelques principes généraux…
M2_2007_2008 6
3
n
σ
Tension = contrainte normale + contrainte tangentielle
τ+σ=T
dS0→
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
dSdS
FdlimT n
σ
Tension = contrainte normale + contrainte tangentielle
τ+σ=T
dS0→
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=
dSdS
FdlimT
M2_2007_2008 7
T
τ Fluide au repos :
n . pT −=
M T
τ Fluide au repos :
n . pT −=
M
pressionpression
Pressure = Force / SurfaceSystème International : MKSPressure = Force / Surface
Système International : MKS
kiloPascalkiloPascal ((kPakPa)) mmHgmmHg cmHcmH22OO
Force = masse . accélération = kg . (m . s? 2)= Newton
Surface = m2
Force = masse . accélération = kg . (m . s−2)= Newton
Surface = m2
1 Pascal (Pa) = 1 Newton / m21 Pascal (Pa) = 1 Newton / m2
M2_2007_2008 8
kPakPa 11 7,57,5 10 10 (10,2)(10,2)
mmHgmmHg 0,1330,133 11 1,361,36
cmHcmH22OO 0,1 0,1 (0,0981)(0,0981) 0,730,73 11
1 cmH1 cmH22O = 1 g / cmO = 1 g / cm2 2 1 Torr = 1 1 Torr = 1 mmHgmmHg1 mbar = 0,1 1 mbar = 0,1 kPakPa 1 psi = 70 cmH1 psi = 70 cmH22OO
Pressions dans un fluide en écoulement Pressions dans un fluide en écoulement dans un tubeavec changement de section et conservation du débit
Énergie totale = pression totaleénergie potentielle : ⇒ pression latérale
+ énergie cinétique : ⇒ pression dynamique Pdyn = 0,5. ρ.U2Plat
Ptot
M2_2007_2008 9V1 = V2 D1 >D2 U1 < U2V1 = V2 D1 >D2 U1 < U2V1 = V2 D1 >D2 U1 < U2
VDébit
VDébit 1
2
Pdyn1Pdyn1 Pdyn2Pdyn2Plat1Plat1 Plat2Plat2
PtotPtot PtotPtot
4
0 4
0,6
0,8
1,0 D = 0,8 cm D = 1,2 cm
D = 1 6 cm
2
2
12
(cmH O)
uρ
Pression dynamique (en cmH2O) dans des tubes de différents diamètres
212
⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠
VρA
M2_2007_2008 10
0,0
0,2
0,4
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400
D = 1,6 cm
D = 2,0 cm
3(cm / s)V•
Débit
Principe de mesure de la pression latérale
1) Petite cavité 2) Élément sensible
La contrainte normale est mesurée à la paroiLa contrainte normale est mesurée à la paroi
M2_2007_2008 11fluide mort et de l ’écoulementContinuité matérielleContinuité entre les contraintes du
fluide mort et de l ’écoulement
2 mm 2 mm
=0,7 L/s
2 mm 4 mm
V
M2_2007_2008 12
2 mm 2 mm
6 mm 12 mm
5
=0,26 L/sV
M2_2007_2008 13
Géométrie des prises de pression(recommandations)
Géométrie des prises de pression(recommandations)
1mm
2 mm
=0,7 L/sV
M2_2007_2008 14
L ≥ 2 d
Écoulement dans un tube courbeÉcoulement dans un tube courbe
M2_2007_2008 15
6
Distributions des pressions latérales au passage d’un coude à angle droit
M2_2007_2008 16V=0,7 L/s
Comment mesurer la pression à l’entrée des voies aériennes ?
Comment mesurer la pression à l’entrée des voies aériennes ?
• Pas de solution simple :
M2_2007_2008 17
– pas d’aiguille, pas de pièce en T– séparer les énergies potentielle et cinétique
• perpendiculairement au tube• éviter de perturber les lignes de courant
Capteurs de Pression
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Types utilisés en ventilation
7
Capteur de pression à reluctance variable
• étendue de mesure variable (membranes différentes)
P1 P2
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• haute sensibilité• faiblement dépendant de
la température• réponse en fréquence ±• cher
FMFM
Capteur de pression ValidyneCapteur de pression Validyne
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Capteur de pression piézorésistifCapteur de pression piézorésistif
• étendue de mesure fixe
• sensibilité ± σσ σ
I IR
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• sensibilité ±• effet température
• réponse en fréquence +
• bon marché
σ σ
σ
8
mediastin
Ballonnet0.5 ml vide +8ml 7.5ml
Artéfact cardiaque
Pression pleurale = Pression pleurale = œsophagienne
M2_2007_2008 22
Coeur
-1 cmH2O debout-3 cmH2O couché (dos)
Valeurs absoluesdebout
variationsdebout et couché
volume
inspiration expiration0.5 l
Signaux de pression œsophagienne mesurés sur un patientSignaux de pression œsophagienne mesurés sur un patient
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Pressionœsophagienne
10 cmH2O10 sec.
Principe de l’étalonnage statique des capteurs de pression
pM−pC = ρm g h
Liquides : eau, mercure, alcool... p En réanimation
Au laboratoire
M2_2007_2008 24
h(cmH2O)
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Capteurs de débit = pneumotachographesrésistance + capteur de pression
Capteurs de débit = pneumotachographesrésistance + capteur de pression
• Les capteurs de débit utilisés pour mesurer les débits respiratoires sont souvent basés sur des mesures de pression.É l t d é i t h t d i (ΔP)
M2_2007_2008 25
• Écoulement dans une résistance: chute de pression (ΔP)• relation pression - débit linéaire
– pneumotachographe de Fleisch – pneumotachographe à grille
• relation pression - débit non-linéaire– pneumotachographe orificiel
Capteur Validyne
Flexible
Capteur Validyne
Flexible
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Pneumotachographe FleischPneumotachographe Fleisch
Pneumotachographe de Fleisch
M2_2007_2008 27
10
de FleischDébitmètre laminaire:Pneumotachographe de Fleisch
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Réponse en FréquenceRéponse en Fréquence
Rapport d’amplitudeMesurée / Vraie
Rapport d’amplitudeMesurée / Vraie
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Avance de phaseSignal mesuré / Signal vrai
Avance de phaseSignal mesuré / Signal vrai
Débitmètre Laminaire : Pneumotachorgaphe à grille (JAEGER)
Débitmètre Laminaire : Pneumotachorgaphe à grille (JAEGER)
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11
Débitmètre de VenturiDébitmètre de Venturi
M2_2007_2008 31
Débitmètre à perte de charge
Galiléo (Hamilton)
M2_2007_2008 32
Débitmètre Bird
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Capteurs de débit = pneumotachographes sans capteurs de pression
Capteurs de débit = pneumotachographes sans capteurs de pression
• Fil chaud– fil de platine - échange de chaleur
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• à ultrason
– mesure d’un temps de parcours
autres •
Vélocimétrie à fil chaudFil sensible
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Débitmètre à fil chaud
Horus (TAEMA)
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Débitmètre à ultrasons(Méthode des temps de transit)
Débitmètre à ultrasons(Méthode des temps de transit)
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Débitmètre à déviation de jetDébitmètre à déviation de jet
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Débitmètre à déviation de jetmasque
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Calibration du débitmètreCalibration du débitmètre
volume1 litrez mV
volume1 litrez mV
débitdébit INTÉ
z = y = x . 1 x = z
1 litre
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tempstemps
volume
temps
1 litrey mV
volume
temps
1 litrey mV
débit
temps
1 litre/sx mV
1 seconde
débit
temps
1 litre/sx mV
1 seconde
tempstempsÉGRATION
Masse volumique relative à l’air
Viscosité dynamique relative à l’air
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Critères de choix d’un débitmètre :
1. Proximité par rapport au malade
2. Sensibilité aux bas débits
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3. Influence des propriétés physiques du gaz
4. Réponse en fréquence
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Mesures volume et débit
• Pas de mesure directe devolumes en réanimation
• Les volumes sont calculés par I EDÉBIT
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Les volumes sont calculés parintégration du signal de débit(ordinateur)
• Nombreux capteurs de débit
VOLUME
Problèmes posés par la mesure des volumesProblèmes posés par la mesure des volumes
• correction BTPS (Body Temperature and Pressure Saturated)
volume si température
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–volume si température –volume si contenu en vapeur d’eau –ex : 37°C, 100% 20°C, 50%
facteur correctif : -10%• compression dans le circuit du ventilateur
Ventilator circuit compression
VENT
VENT
gas compliance : 1 ml/cmH20 P.Vγ = k ΔV/ΔP = V/(1.4 P) volume ∼ 1 500 ml (1.6 m x 2, ID 22mm)
2 ml / cmH20
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patientTILATOR
TILATOR
tubing compliance1 ml/cmH20
2 ml / cmH20
ex : 50 cmH20100 ml
independent of Vt