Systèmes d'anesthésie et de ventilation

L'appareil d'anesthésie Zeus Infinity Empowered (IE) de Dräger, avec bldc moteur FAULHABER, constitue un exemple typique de la performance des technologies médicales modernes. En effet, il regroupe en un seul système l'ensemble des fonctions, de la thérapie de ventilation à la surveillance, en passant par l'intégration de la technique de perfusion et l'automatisation des différentes tâches.

Unité à turbine interchangeable et stérilisable

Avec un ventilateur à turbine, l'appareil peut également être utilisé comme système d'anesthésie fermé avec réinhalation complète. Le dosage exact des gaz anesthésiques dans le système fermé réduit la consommation de gaz et de produits anesthésiques. La ventilation basée sur une turbine donne en outre au patient la possibilité de respirer librement à tout moment (respiration spontanée). Les adultes, les enfants et les nouveau-nés peuvent donc être ventilés de façon adéquate tout au long de l'anesthésie. L'unité à turbine, souvent appelée aussi unité de ventilation, peut être remplacée en quelques gestes en cas de besoin. Elle est aussi autoclavable, c'est-à-dire qu'elle est stérilisée via un traitement intensif à la vapeur à 134 °C en autoclave.

Mais cela pose des exigences élevées aux composants utilisés, dans la mesure où la turbine, l'entraînement, etc. doivent résister à la vapeur d'eau chaude. Le choix des matériaux n'a rien de trivial. Ainsi, tous les composants montés dans l'unité à turbine doivent être fabriqués exclusivement à partir de matériaux biocompatibles puisqu'ils sont en contact direct avec l'air respiré par le patient. De plus, des dimensions compactes sont indispensables afin que l'unité puisse être correctement intégrée dans l'appareil d'anesthésie et manipulée facilement lors du remplacement et du nettoyage. Outre la robustesse, la biocompatibilité et la fiabilité, le bldc moteur utilisé doit donc présenter aussi impérativement une puissance élevée dans un faible encombrement.

Ces exigences ne peuvent pas être satisfaites avec des composants standards. « Pour le développement de l'unité à turbine pour notre Zeus IE, nous avons trouvé en FAULHABER un partenaire compétent qui a su nous convaincre non seulement par son savoir-faire dans la technologie d'entraînement, mais aussi par ses compétences en matière de systèmes », se réjouit Torsten Theede, Global Commodity Manager Electronics chez Dräger. « Pour le développement, nous avons travaillé dès le début en étroite collaboration et l'entreprise de Schönaich nous livre aujourd'hui l'unité complète prête à être montée, constituée à 100 % de composants spécialement mis au point pour notre application. »

Comme base pour l'entraînement de l'unité de ventilation, le choix d'un bldc moteur sans balais s'est imposé. Les moteurs du programme FAULHABER sont conçus pour des conditions d'utilisation extrêmes et se prêtent donc à toutes les applications requérant une fiabilité élevée, un fonctionnement précis et une longue durée de vie. Un fonctionnement sans à-coups, un bruit réduit ainsi qu'une puissance et une dynamique élevées pour un faible encombrement, font également partie des propriétés typiques de ces moteurs. Les développeurs ont toutefois été confrontés à des défis majeurs en ce qui concerne l'entraînement recherché pour l'unité de ventilation : il fallait un « petit costaud » capable d'accélérer en quelques millisecondes et de freiner tout aussi rapidement. « C'est important pour que le patient ne soit pas obligé de lutter contre la machine pour respirer », explique Torsten Theede. « L'unité de ventilation et par là même l'entraînement doivent par conséquent réagir de manière extrêmement rapide et précise. »

Les défis ont été relevés et le résultat est convaincant. Le bldc moteur créé sur mesure pour l'unité de ventilation est intégré dans un boîtier robuste en acier inoxydable et ne mesure que 46 mm de long pour un diamètre de 24 mm. Pour parvenir malgré tout aux données de performance requises, les aimants et les composants utilisés ont été optimisés. Étant donné que l'ensemble des colles et lubrifiants utilisés devaient être biocompatibles et que l'unité complète devait être autoclavable, le choix des matériaux s'est révélé être une tâche ardue. Pour la sélection des roulements à bille, les développeurs ont par exemple travaillé avec des spécialistes externes pour trouver la combinaison de matériaux optimale, avec des lubrifiants biocompatibles et adaptée aux vitesses de rotation extrêmement élevées.
Le système convainc également sur le plan mécanique : la pompe à ailettes qui génère le flux d'air est directement montée sur le moteur. Les connexions électriques sont encastrées dans la masse de scellement. Une mémoire EPROM a également été intégrée dans la masse de scellement. En cas de besoin, on peut y lire le numéro de série, l'historique de l'entraînement et même le nombre d'heures d'exploitation. Les signaux des capteurs à effet Hall intégrés dans le moteur sont traités par la commande maître du système qui contrôle le moteur en fonction des exigences d'anesthésie et de ventilation.
L'unité de ventilation dans son ensemble a un diamètre de 120 mm et une longueur de 220 mm seulement. « Elle a déjà fait ses preuves dans la pratique », se réjouit Torsten Theede. « C'est pourquoi la collaboration s'est poursuivie et l'unité à turbine pour notre station d'anesthésie Perseus A500 est aussi le fruit de notre travail en commun avec les spécialistes des entraînements de Schönaich. Ce système offre également des stratégies de ventilation différenciée qui permettent à tout moment la respiration spontanée du patient. Il est lui aussi utilisé avec succès dans de nombreuses cliniques depuis quelques années. Bien entendu, la solution d'entraînement sur mesure, avec le bldc moteur, de l'unité de ventilation y a aussi contribué », conclut Torsten Theede.