Système de contrôle d'un échangeur de chaleur pour ventilateur liquidien

Abstract

La ventilation liquidienne totale (VLT) est une technologie de ventilation mécanique émergente et prometteuse, mais jamais encore mise en oeuvre sur l’humain. Cette méthode expérimentale consiste à ventiler les poumons avec un liquide respirable. De nombreuses expérimentations animales démontrent que cette technologie permet d’abaisser rapidement la température corporelle à typiquement 33-34 ℃ en 20 minutes. L’application clinique visée sur l’humain est d’induire une hypothermie thérapeutique modérée (HTM) sur des patients réanimés après un arrêt cardiaque à des fins de neuroprotection. Pour cela, il faut intervenir le plus rapidement après la réanimation, ce qui implique de réaliser la procédure en ambulatoire avec un ventilateur liquidien compact et sécuritaire. L’équipe Inolivent de l’université de Sherbrooke développe actuellement un respirateur liquidien pour l’utilisation en clinique sur des patients adultes (Inolivent 7). Cependant, ce prototype ne peut être facilement embarqué dans une ambulance à cause, en partie, du système de refroidissement basé sur un bain de circulation d’eau standard. Pour migrer le concept en ambulatoire, il faut disposer d’un système de refroidissement dédié, c’est à dire transportable en ambulance et ne requérant qu’une puissance électrique raisonnable. Ce dispositif intégré au ventilateur liquidien doit permettre de maintenir la température du coeur supérieure à 31.5 ℃ pour éviter tout risque fatal d’arythmie. Le but de ce projet est de développer un concept de dispositif de refroidissement compact, performant et sécuritaire pour la procédure de VLT hypothermisante ainsi qu’un contrôle adéquat pour l’induction d’une HTM sur des patients adultes. Ce document montre tout d’abord le besoin d’un concept efficace de refroidissement à l’aide d’une analyse de résultats obtenus avec un simple contrôleur feedback bang-bang. En effet, cette étude démontre le besoin d’un système pouvant fournir de grand pic de puissance de refroidissement tout en étant compact et léger. La solution proposée est un système de stockage froid basé sur les matériaux à changement de phase qui permet de réaliser les pics de puissance tout en répondant aux exigences de poids et d’encombrement. La dernière partie de ce document aborde l’étude de la commande optimale de puissance de refroidissement spécifique au patient afin d’induire rapidement une HTM chez l’humain tout en étant sécuritaire. La commande proposée est un contrôle en deux phases, la première phase est une phase d’observation dans laquelle le débit cardiaque est estimé et la seconde phase est l’application directe de la commande optimale de puissance de refroidissement. Cette étude vérifie la robustesse de la commande lorsque le débit cardiaque estimé est différent de celui réel. Les apports sont un système transportable et commandable de refroidissement du liquide respirable dédié à la technologie Inolivent pour l’induction sécuritaire et rapide d’hypothermie thérapeutique chez les patients adultes ainsi que son contrôle.