Brevet FR2027011A1 — publié le 19700925

i 2027011 La présente invention concerne un appareil pour assister le fonctionnement du coeur. i Des progrès rapides ont été faits ces dernières années dans le développement des appareils pour remplacer et pour assister 5 les coeurs humains faibles ou ayant des lésions. Cependant, le coeur n'est pas seulement une pompe à sang car il doit se conformer aux différentes conditions physiologiques qui varient constamment. Il en résulte qu'actuellement il subsiste de nombreux problèmes à résoudre pour obtenir un appareil d'assistance ou de remplacement 10 du coeur entièrement satisfaisant. Par exemple, tout appareil de ce type doit satisfaire à des caractéristiques élevées de sûreté de fonctionnement, à l'aptitude à répondre aux demandes variables de sang, et à la production d'un courant puisé nécessaireapparemment pour le corps humain ou tout au moins représentant des conditions 15 importantes. Comme il a été noté ci-dessus, les appareils de ce type sont classés en pompes de remplacement et pompes d'assistance du coeur. Le premier type a l'avantage de pouvoir remplacer complètement un coeur incapable de continuer & fonctionner, mais il a en 20 mime temps l'inconvénient de consommer une énergie importante, de comporter des systèmes de commande compliqués et d'entraîner des complications en cas de défaillance de la pompe. Par contre, un appareil d'assistance nécessite une puissance plus réduite et le coeur peut assurer les fonctions de commande et aussi assurer un com-25 plément pendant les périodes de demande de pointe ou-en cas de défaillance de la pompe. Une difficulté importante dans le cas des appareils d'assistance du coeur résulte du problème de la synchronisation du fonctionnement de l'appareil à celui du coeur naturel. L'invention a pour objet un appareil pour l'assistance 30 du coeur pouvant fonctionner automatiquement en synchronisme avec le coeur sous différentes conditions de fonctionnement envisagées. Conformément à l'invention, un appareil pour l'assistance du coeur est connecté en série entre le ventricule gauche du 6 coeur et l'aorte pour assurer la fonction du ventricule gauche et 35 permettre à celui-ci de fonctionner à un niveau réduit de pression. Ainsi qu'il est connu, le ventricule gauche assure la circulation dans le système circulatoire général qui représente la plus grande partie de la demande de pompage par le coeur. L'appareil suiveur 69 43962 2 2027011 à simple effet suivant un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention permet le fonctionnement du coeur sans gêner les conditions de cadence et de débit, et il reproduit au refoulement les conditions d'écoulement et de pression du système physiologique. L'appa-5 reil utilise. le liquide hydraulique d'une source de pression réglée pour puiser le sang traversant le système pendant les impulsions du ventricule gauche. L1écoulement dans le système sanguin à partir de l'appareil est adapté.à l'écoulement du ventricule gauche vers l'appareil de façon que les conditions de pression et de débit soient 10 physiologiques dans le système sanguin. . L'invention a par suite pour objet principal un appareil pour assister le coeur d'une forme et d'un fonctionnement perfectionnés. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus 15 particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple . et faite en se référant au dessin annexé sur lequel la figure unique est une coupe schématique d'un appareil suivant un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention. L'appareil pour assister le coeur du type suiveur à 20 simple effet comprend un tube d'entrée 12, un récipient ou GOrps de pompe 14, un tube de. sortie 16 et un ensemble de commande 18. Les tubes 12 et 16 et le corps de pompe 14 sont formés d'une matière flexible inerte, par exemple d'une résine de polyuréthane. Le tube d'arrivée 12 est connecté par des techniques chirurgicales connues 25 à la sortie du ventricule, gauche (non représenté) et le tube de sortie ou de refoulement 16 est connecté d'une façon, similaire à l'aorte (non représentée). La circulation du sang a lieu dans le sens indiqué par les flèches A et B et il est évident que 1'appareil 10 est monté pour fonctionner en série avec le coeur du point 30 de vue de la circulation. Le dispositif de commande communique avec le corps de pompe 14 par un conduit 22.. Le corps de pompe 14 est divisé en une chambre supé-. rieure 24 et une chambre inférieure 26 par une paire de parois ou membranes 28 -et 32-entre lesquelles est monté, de la façon représe.n-35 tée, up piston de: pompage 34 qui comporte une tige de piston 36 traversant la paroi supérieure 14 vers,.le mécanisme de commande 18, . Des valves de retenue -38, 42 et:-44 dont-, les .mouvements sont limités par des butées 38a, 42a. e.t 44a, sont montées dans les tubes dcarri- 6'9 43962 3 2027011 vée et de sortie 12 et 16 et entre les chambres 24 et 26» Il résulte de ce qui précède que, quand le piston 34 subit un mouvement alternatif dans le sens axial de la tige de piston, il assure le pompage de la chambre 24 vers la chambre 26 à travers la valve de retenue 44, 5 la chambre supérieure 24 étant rechargée à travers la valve de retenue 38 et le sang étant refoulé de la chambre inférieure 26 à travers la valve de retenue 42. Le dispositif de commande 18 comprend un corps ou carter 46 qui comporte un cylindre 48 dans lequel peut circuler 10 un piston de commande 52, ce ]5ist.on étant repoussé vers le haut par un ressort 54. Le piston 52 est fixé à la tige de piston 36 qui dépasse au-dessus du piston 52 et qui est munie à son extrémité supérieure d'un bouton transversal 56. Le carter 46 contient aussi un tiroir de distributeur hydraulique.à deux pistons 58 qui peut cou-15 lisser dans un cylindre 62 communiquant avec une lumière d'alimentation 64, une lumière d'échappement 66 et une lumière de commande 68 communiquant avec la chambre formée au-dessus du piston 52 dans le cylindre 48. Un conduit d'alimentation 73 maintient dans la lumière d'entrée 64 une alimentation continue d'un fluide hydraulique haute 20 pression convenable. Le tiroir 58 est fixé à une tige de tiroir 72 qui comporte un bouton 74. Les mouvements du tiroir 58 permettent le passage du liquide hydraulique de l'entrée 64 vers la chambre supérieure située au-dessus du piston 52 pour- établir la pression ou 25 bien l'échappement à partir de cette chambre et la lumière d'échappement 66. Un soufflet récepteur 76 est monté dans le dispositif de commande 18 et un soufflet détecteur 78 est monté dans la chambre supérieure 24 du corps de pompe 14 et les deux soufflets 30 communiquent à travers le tube 22 déjà mentionné. Les soufflets 76 . et 78,et le tube 22 contiennent un liquide convenable afin que la contraction du soufflet 78 du fait d'une augmentation de la pression de la chambre supérieure 24 provoque un allongement du soufflet 76 du dispositif de commande 18. Une diminution de la pression dans 35 la chambre 24 provoque une action inverse. Le soufflet 76 comporte une tige 82 articulée par un bouton 84 à-un levier oscillant 86. Les tiges 36, 72 et 82 sont couplées par le levier oscillant 76 articulé en 84 à la tige 82 et par une boutonnière de la partie 69 '43962 4 2027011 médiane dans laquelle est engagé le bouton 7^ et une fourche à l'autre extrémité dans laquelle est engagé le bouton 56. Pour l'utilisation de l'appareil d'assistance du coeur 10, le tube d'arrivée 12 et le tube de sortie 16 sont connec-5 tés à la sortie du ventricule gauche et à l'aorte comme il a été indiqué ci-dessus." L'appareil 10 peut être monté à l'extérieur pour l'utilisation pendant des durées relativement courtes, par exemple pour une opération ou en cas d'urgence, ou être implanté en tant qu'une partie d'un système totalement implanté. Le. conduit d'ali-10 mentation 73 est connecté pour recevoir un fluide hydraulique convenable sous pression d'une source séparée qui peut être une source implantée ou une source extérieure. L'orifice d'échappement 66 est relié, par un tube (non représenté) pour le retour du fluide hydraulique sous pression réduite à la source dans laquelle il est remis 15 sous pression d'une façon convenable. L'appareil 10 est représenté à l'état juste avant l'impulsion du ventricule gauche. Pendant l'impulsion du ventricule gauche, le sang s'écoule' à travers le tube 12 et la valve de retenue 38 ouverte vers la chambre supérieure 24 et le soufflet détecteur 78 20 est légèrement comprimé du fait de l'augmentation de la pression, de qui provoque l'allongement du soufflet récepteur 76. De ce fait, le levier oscillant 86 pivote autour du bouton 56 et le tiroir 58 est . remonté pour permettre le passage du fluide sous pression de l'orifice d'alimentation 64 vers la chambre située au-dessus du piston 52. 25 L'augmentation de la pression dans cette chambre provoque la descente du piston 52 et par suite la descente du piston 34. Quand le sang continue à pénétrer dans la chambre supérieure 24, lé soufflet détecteur 78 continue à provoquer le maintien de 1'ouverture du tiroir 58. Le piston 52 continue par suite à descendre à une vitesse 30 en rapport direct avec l'arrivée de sang à partir, du ventricule gauche. Quand les pistons 52 et 34 commencentlà descendre, la pression du sang contenu dans la chambre inférieure 26 augmente et la valve de retenue 44 est maintenue fermé. Quand la pression aug-35 mente dans la chambre inférieure 26 jusqu'à une valeur immédiatement au-dessus de celle du système circulatoire en amont de la valve de retenue 42, celle-ci est ouverte et le sang est refoulé de la chambre inférieure 26 à travers cette valve. Par suite, pendant le remplis 69 43962 5 2027011 sage de la chambre supérieure 24. Le sang de la chambre 26 est refoulé çtvéc un débit correspondant.. Quand les pistons 52 et sont déplacés en opposition à n'importe quelle augmentation de la résistance du système circulatoire général, un équilibre de forces d'état 5 stable est maintenu par une augmentation correspondante de la pression dans la chambre située au-dessus du piston 52 du fait d'un mouvement d'ouverture supplémentaire du tiroir 58. Cette pression supérieure agissant sur la surface efficace du piston 52 est égalée à la force produite par la différence des pressions existant dans les 10 chambres 24 et 26 moins la force de rappel du ressort 54 agissant par l'intermédiaire de la .surface efficace du piston 34 en contact avec le sang des deux chambres. Quand 1'arrivée de sang cesse dans la chambre supérieure 24 au moment où le ventricule gauche a terminé son impulsion, en 15 adaptant ainsi le volume exact de sang refoulé, le mouvement du piston est arrêté et la pression tombe dans les chambres 24 et 26. Les valves de retenue 38 et 42 se referment. Le piston détecteur 78 est dilaté et par suite le piston 76 est contracté, ce qui provoque la descente du tiroir 58 avec fermeture du passage entre l'orifice 20 d'arrivée d'alimentation 64 et la chambre au-dessus du piston 52 et ouverture du passage entre c,ette chambre et l'orifice d'échappement 66. L'énergie emmagasinée, dans le ressort 54 pendant là descente du piston 52 provoque alors le déséquilibre des forces. Par suite, les piston 52 et 34 remontent en faisant passer le sang de la 25 chambre supérieure 24 à la chambre inférieure 26 à travers la valve de retenue 44. Quand ce transfert du sang est terminé, l'appareil 10 est prêt à être commandé par l'impulsion suivante du ventricule gauche Il ressort de ce qui précède que l'appareil d'assistance du coeur, décrit ci-dessus libère le ventricule gauche du coeur 30 d'une grande partie de son travail, mais aussi il est toujours synchronisé avec les impulsions du ventricule gauche et répond aux variations de volume du sang puisé par le coeur. Il est évident que, du fait de la synchronisation avec le coeur, les conditions physiologiques exactes du système circulatoire sont suivies. Une autre 35 caractéristique importante de l'invention est que le niveau de pression de travail du ventricule gauche peut être abaissé par un simple changement de la pression du liquide hydraulique d'alimentation et que ce niveau peut aussi être réglé ou modifié en ajustant les carac 69 43962 6 2027011 téristiques de charge des soufflets 76 et 78.-En cas de défaillance de l'appareil 10 en n'importe quelle position, le coeur continue simplement à fonctionner correctement aux charges, normales du système circulatoire général, ce qui est une caractéristique importante 5 pour tout appareil d'assistance du coeur. Il résulte aussi de ce qui précède que l'invention concerne un appareil d'assistance du coeur pouvant être implanté ou raccordé de l'extérieur. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres 10 variantes sans que l'on sorte de son cadre. 69 43962 7 2027011 R_E_\T__E_N_D_X_C_A_T_X_0_N"_§ 1 - Appareil pour l'assistance du coeur caractérisé par corps à parois flexibles divisé en une première chambre et une seconde chambre séparées par une paroi mobile comportant une 5 valve de retenue permettant l'écoulement de la première chambre vers la seconde chambre, une valve de retenue d'entrée permettant; l'écoulement vers la première chambre, une valve de retenue de sortie permettant l'échappement à partir de la seconde chambre, et un dispositif de commande répondant à l'écoulement du liquide dans la 10 première chambre en provoquant le déplacement de la paroi mobile pour augmenter le volume de la première chambre et réduire celui de la seconde chambre en fermant la valve de la paroi mobile et en refoulant le liquide à partir de la seconde chambre à travers la valve de sortie, et répondant à l'arrêt de l'écoulement dans la 15 première chambre en provoquant le mouvement de la paroi mobile pour augmenter le volume de la seconde chambre et réduire celui de la première chambre de façon que le sang passe de la première chambre vers la seconde chambres à travers la valve de retenue de la paroi mobile. 20 2 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de commande comprend un piston de pompage monté dans la paroi mobile et soumis sur les côtés opposés aux pressions existant dans la première chambre et dans la seconde chambre, un dispositif couplé à ce piston, et un dispositif de commande actionné 25 hydrauliquement pour faire fonctionner le dispositif couplé au piston de pompage en fonction des variations de la pression dans la première chambre. 3 - Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif actionné hydrauliquement comprend un dispositif 30 détecteur de pression dans la première chambre, un dispositif de commande comportant un dispositif récepteur de pression pour rece^ voir l'information de pression du dispositif détecteur de pression, un distributeur hydraulique pour commander le passage du fluide sous pression dans les deux sens, un cylindre contenant un piston 35 de commande fixé au dispositif couplé au piston de pompage, rappelé élastiquement dans un sens et recevant le fluide sous pression agissant en sens opposé à la force de rappel, et une transmission mécanique entre le dispositif récepteur de pression,, le distributeur 69 43962 8 2027011 fiycîiratiligtre efc le piston de commande pour provoquer le fonctionnement du distributeur hydraulique en fonction de la variation de la pression dans le dispositif récepteur de pression et de la variation de la position du piston de commande. 5 4 - Appareil selon la revendication j5 caractérisé en ce que le dispositif détecteur de pression et le dispositif récepteur de pression sont des soufflets interconnectés pour constituer un système à fluide soellé de façon que la contraction du soufflet détecteur provoque l'allongement du soufflet récepteur. 10 5 - Appareil suivant l'une des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que le dispositif de rappel du piston de commande est un ressort.