Brevet FR2282111A1 — publié le 19760312

La présente invention a pour objet un dispositif de détection de la présence de bulles de gaz entrainées dans un courant d'un liquide circulant dans une canalisation, et plus particulièrement dans une canalisation destinée à llinjec tion de liquide de perfusion. On sait que l'introduction de gaz dans le circuit sanguin d'un patient peut avoir des conséquences extrêmement graves pour celui-ci. Aussi est-il d'une im portance capitale de s'assurer qu'une perfusion se déroule sans entraînement de gaz, ce qui impose une surveillance par un personnel qualifié. L'utilisation d'un appareil fiable et de prix limité permettrait l'économie d'un tel personnel, et pourrait en outre assurer une sécurité supérieure, à l'abri d'une défaillance ou d'une inattention humaine. On a déjà proposé nn dispositif de ce genre, qui comporte deux électrodes placées côte à côte à quelques millimètres l'une de l'autre, le long de la surface externe d'une conduite, par exemple en matière plastique, dans laquelle circule un liquide. Un générateur symétrique de courant à haute fréquence est relié aux électrodes. Ce courant à haute fréquence, fourni par une des sorties du générateur, est capable de passer d'une électrode à travers le tube isolant dans le liquide conducteur puis, de celui-ci, il peut revenir à l'autre sortie du générateur par l'intermédiaire de la deuxième électrodes Lorsque un certain volume de gaz passe entre les deux électrodes, la résistance ohmique et l'impédance du segment de tubulure considéré augmentent ce qui, correctement exploité, provoque une chute de tension. La tension ainsi modulée est détectée par un amplificateur branché en dérivation sur le circuit formé par les deux électrodes et le générateur à haute fréquence. La tension amplifiée est alors redressée puis introduite dans un détecteur de seuil sensible à une chute de tension.Un relais déclenchant une alarme est ensuite connecté au détecteur de seuil. Ce dispositif présente en pratique des inconvénients sérieux. La tension fournie par le générateur de courant à haute fréquence peut subir des variations, le détecteur à seuil pouvant ainsi déclencher l'alarme inutilement, ou au contraire ne pas la déclencher quand il le faudrait. D'autre part, un tel dispositif est très sensible aux parasites, en particulier aux courants parasites alternatifs à basse fréquence provenant du secteur et entrant par les électrodes même à intensité minime, et qui après amplification, peuvent fausser les résultats au point de rendre appareil inopérant. La présente invention a pour objet un dispositif exempt des inconvénients cidessus, et qui en pratique puisse assurer un fonctionnement sûr en toutes circonstances. Conformément à la présente invention, le dispositif comporte deux électrodes placées au voisinage l'une de l'autre, le long de la surface externe du tube iso lant véhiculant du liquide, des moyens tels qu'un oscillateur pour alimenter le segment de tubulure compris entre les deux électrodes, à courant de fréquence élevée, et des moyens pour observer la tension aux bornes de ce segment et pour comparer cette tension à une tension proportionnelle à celle de l'oscillateur. Le dispositif n'est ainsi pas tributaire des variations d'amplitude de cet oscillateur et peut, donc être réglé à sa sensibilité maximum. Selon une caractéristique de l'invention, la fréquence de l'oscillateur est choisie entre 100 et 200 kilocycles, de préférence entre ioe et 150, par vexez ple 125 kilocycles. Selon une forme de réalisation préférentielle, l'oscillateur fournit une tension sinusoidale. On produit ainsi le minimum d'harmoniques et on limite les perturbations radio-électriques, ce qui est d'autant plus important que ltoscil- lateur est couplé à la canalisation de perfusion qui constitue un élément rayonnant. Conformément à l'invention, le dispositif comporte un filtre passe-haut pour filtrer la tension recueillie entre les éléctrodes, de façon à éliminer les tensions parasites de basse fréquence. Le dispositif selon l'invention est branché à l'aide d'un capteur sur une canalisation de perfusion. Ce capteur est constitué principalement de deux élec troues, enveloppant la canalisation, chacune sur une longueur d'un centimetre et séparées d'un écart de 3,5 mm. par exemple. Ces électrodes peuvent être constituées chacune par deux demi-bagues. Avantageusement, deux demi-bagues sont disposées sur une branche d'une pince ou mâchoire, en face de deux autres demi bagues disposées en regard sur l'autre branche de la pince. En refermant la pince sur la canalisation, on met ainsi en place simplement les deux éléctrodes. La pince, en matériau isolant comporte les connexions appropriées. La pince peut avantageusement être située sur la face avant de l'appareil qui comporte également l'interrupteur-secteur jouant, en même temps, le rôle de voyant de mise en service et un inverseur, permettant d'une part le réarmement de l'appareil en cas d'alarme, et d'autre part la manipulation de la tubulure de perfusion sans déclencher l'alarme. Lorsque cet interrupteur est en position attente, l'alarme sonore et lumineuse propre à l'appareil est alimentée en permanence, évitant un oubli dans cette: position. ;'appareil est ordinairement silencieux en position fonctionnement "normal". Lorsqu'une bulle se présente dans le capteur, elle est déteetée par l'appareil qui se met en position alarme. Le dispositif sonore et lumineux de l'appareil est alors actionné par inter mittence. L'alarme continue en position attente se fait à faible niveau de façon à ne pas être trop gênante. Si l'appareil est connecté au réseau d'appel du service, simultanément les alarmes déjà en place sont mises en route. L'appareil détecte la présence de bulles dans les canalisations de perfu sion de diametre standard et ce, quelque soit le liquide infusé, sans réglage. La détection de présence de bulles repose sur la mesure de l'impédance pré sentée par un segment de la tubulure, mesurée à fréquence relativement élevée (de l'ordre de 125 kilocycles) de façon à profiter de "l'effet de peau" et de ne pas être tributaire du type de liquide présent dans la canalisation. Cette impédance subit une variation importante lorsqu'une partie du liquide est rewr placée par de l'air entre les deux électrodes du capteur. I1 faut que la bulle occupe une partie non négligeable de la section de la tubulure afin d'être dé tectée. C'est en général le cas des bulles qui se meuvent dans les tubulures de perfusion.Les microbulles ne progressent pas, sauf pour des débits tres importants, et ont tendance à s'agglosérer. De plus, elles ne sont pas dangereuses pour le malade. Quand elles ont atteint un volume suffisant, elles se déplacent comme un "piston"-et on retombe dans le cas précédent. Le dispositif de mesures-comporte donc essentiellement un générateur à 125 kilocycles et un dispositif comparant l'impédance aux bornes du capteur à une référence et actionnant l'alarme en conséquence. La mesure de l'impédance se fait en injectant un courant dans le capteur et en mesurant la tension à ses bornes. Cette tension est comparée à une référence. Afin d'éviter l'influence des fluctuations d'amplitude du générateur, et donc de pouvoir régler le dispositif à son maximum de sensibilité, la référence n'est pas fixe, mais est obtenue par redressement d'une fraction de signal de sortie du générateur. La comparaison de la tension proportionnelle à l'impédance à cette référen ce se fait en courant continu. Les détections sont de type diode et précédées d'étages suiveurs afin d'attaquer les cellules de redressement dans de bonnes conditions et d'obtenir une bonne linéarité. La comparaison est effectuée par un amplificateur opérationnel monté en cor parateur, possédant une réaction positive, afin de mémoriser l'apparition tran sitoire d'une situation d'alarme. L'impédance mesurée entre les électrodes est très élevée : de l'ordre de 150 à 200 k.ohms et ses variations sont de faible amplitude (de 5 à 10 % selon la taille de la bulle). Dans le cas de la mesure sur tube de perfusion standard de 4 mm de diametre, le capteur est constitué par deux mâchoires pinçant la canalisation, ayant cha jeune une longueur de 10 mm et distantes de 3,5 mm. La mâchoire fermée constitue un cylindre de diametre 4 mm, entourant le tube. Le dispositif assurant la fer meture de cette mâchoire est un système électromagnétique ou magnétique. D'autre part, il est apparu lors des essais de l'appareil qu'il était capa ble de détecter une bulle avant même son arrivée dans le capteur. Ceci peut sembler paradoxal. I1 existe pourtant une explication : on peut considérer que la tubulure de perfusion est, à la fréquence de travail, un bon conducteur, quelque soit le type de liquide présent dans la canalisation car on bénéficie de l'effet de peau. L'application d'une tension alternative, à la base de ce segment peut amener à considérer ce dernier comme une antenne d'impédance à la base très importante. Lors du passage d'une bulle dans la canalisation, il y a coupure "électrique" de-la tubulure et raccourcissement du segment. Son impédance à la base varie et augmente. Cette variation est faible, mais est néanmoins perceptible par le dispositif de mesure employé. On ne mesure plus l'impedance d'un segment de tubulure, mais l'impédance à la base de la tubulure de perfusion. I1 est paradoxal de travailler de cette façon et donc de détecter des bulles avant le passage dans le capteur, ce mode de fonctionnement étant peu stable, ou plus exactement, nécessitant un réglage. En effet, la longueur de tubulure comprise entre le flacon et le dispositif de détection est en général quelconque et peut subir des variations. D'autre part, l'impédance à la base varie également par effet de proximité, c' est-a-dire lorsqu'on s' approche de la tubulure, lorsqu'on la remue, etc. Néanmoins, l'instrumentation réalisant cette mesure est absolument semblable à celle qui a été réalisée mesurant l'impédance. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description suivante d'un mode de réalisation, donnée à titre d'exemple et non limitatif, en regard des dessins ci-joints qui représentent Figure 1 : un schéma de principe de l'invention. Figure 2 : un schéma des circuits d'un dispositif selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement le principe de fonctionnement du dispositif. Le dispositif comporte un capteur représenté sur ce schéma par la capacité 10. Cette capacité est disposée en série avec unecapacité 11 de valeur déterminée et une tension V du type sinusoidal est appliquée à -l'ensemble. La capacité 11 est fixe et connue, la capacité In varie quand une bulle de gaz passe dans la partie de la tubulure comprise entre les deux électrodes du capteur. La tension V' aux bornes de la capacité 10 augmente alors. On recueille la tension V' aux bornes de la capacité et on la compare à la tension V ou une tension propor tionnelle à celle-ci. La tension V est fournie par un oscillateur 12. Une tension proportionnelle à la tension V est prélevée par le potentiomètre 13 qui permet de régler le seuil du systeme. La tension prélevée en 13 et la tension prélevée sur l'électro- de chaude 10a du capteur sont appliquées respectivement aux entrées moins et plus du comparateur 15. Le circuit de la tension observée comporte un filtre passe haut 21, un étage suiveur 22 et une cellule de redressement 23. Le circuit de la tension de référence comprend un étage suiveur 24 et une cellule de redressement 25. Le comparateur 15 est branché vers le circuit d'alarme. La figure 2 représente plus en détail un exemple de réalisation du circuit du dispositif selon l'invention. CI 1, amplificateur opérationnel, par exemple de type 531 (Signétics) est monté en oscillateur résistance-capacité fournissant une tension sinusoidale. Sa fréquence d'oscillation est de 125 kilocycles par seconde, définie par un pont de Wien. Pour faciliter le démarrage des oscillations, et néanmoins obtenir une bonne forme d'ondes, on a inséré une ampoule (L) qui se comporte en résistance à coefficient de température positif dans la branche de réaction positive de l'., plificateur. Ceci permet de maintenir une amplitude de sortie relativement constante en fonction des fluctuations des tensions d'alimentation, de température, etc.. et assure un démarrage facile de l'oscillateur, la réaction au démarrage étant plus importante qu'en fonctionnement normal.La compensation en fréquence de l'amplificateur est réalisée par une capacité C3. Les valeurs des composants sont les suivantes RI : 1,5 K - R2 . 287 ohms - R3 : 8,2 K - R4 : 8,2 K - C1 : 100 pF C2 : 100 pF - C3 : 47 pF Une capacité C4 de filtrage, de par exemple 47 nF est disposée à la sortie de l'oscillateur pour éliminer les composantes continues. La tension RF est appliquée à l'électrode chaude 10a à travers une capacité C 18, de 47 pF par exemple. Les valeurs des composants du filtre passe-haut peuvent être les suivantes a C 16 et C 17 :.47 pF et R 5 et R 25 : 150 K Le potentiomètre 13 peut avoir une résistance de 10 K et la résistance R6 peut avoir une valeur de 150 K.ohms. Les étages suiveurs CI 2 et CI 3 peuvent être du type LM 310 tandis que le comparateur CI 4 peut être du type 741 (Signétics). Un signal logique (-12 ou +12 volts) est disponible en sortie de CI 4. Une réaction positive sur CI 4, avec une résistance R8, de par exemple 39 K et une diode D3 permet de mémoriser l'alarme. Une tension positive appliquée sur l'entrée moins de CI 4 permet le fonctionnement en attente en bloquant le comparateur à l'état bas, permet le réaL ment par l'intermédiaire de la commande de remise à zéro Ro, en imposant l'état bas au comparateur meme lorsque celui-ci est à 1 à cause de la réaction positive et permet d'appliquer au moment du passage attente normale une temporisation, par exemple de 3 secondes, évitant l'influence des phénomènes transitoires de la perfusion. Le condensateur C 19 (par exemple 1 microfarad) permet d'introduire une constante de temps pour éviter le basculement dû à des phénomènes transitoires. Le dispositif d'alarme peut être constitué d'un multivibrateur commandant un relais. Ce relais commande un avertisseur sonore, genre ronfleur et l'alarme lumineuse de l'appareil. Des contacts disponibles permettent de commander l'appareil d'appel propre au lit du malade et un éventuel "électroclamp" (interruption de perfusion par pincement). L'alimentation - 11,3 volts + 11,3 volts est de type conventionnel limitée en intensité à 100 milliampères et peut utiliser des régulateurs intégrés type 723. Selon une autre caractéristique intéressante pour l'utilisateur, l'appareil peut être connecté au réseau d'appel déjà en place et permettre ainsi d'avertir les infirmières sans coût supplémentaire. Enfin, l'appareil peut être utilisé en tant que détecteur de fin de perfusion et sa partie mécanique permet une insertion soit entre le flacon et le filtre perfuseur, soit entre le filtre et le patient. Dans cette utilisation, l'appareil permet de prévenir le personnel hospitalier de la fin de perfusion et au niveau du malade, permet de maintenir plus longtemps les voies de perfusion en activité, en diminuant notablement les risques de coagulation du sang et d'obtu- ration des aiguilles d'injection de liquides physiologiques ainsi que les risques d'embolie gazeuse. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de la présence de bulles de gaz entraînées dans un courant d'un liquide circulant dans une canalisation, en particulier destinée à l'injection de liquide de perfusion, du type comportant deux élec- trodes placées au voisinage l'une de l'autre le long de la surface externe du tube isolant véhiculant du liquide, caractérisé en ce qutil comporte un os-cilla- teur pour alimenter le segment de tubulure compris entre les deux électrodes à courant de frequence elevee, et des moyens pour observer la tension aux bornes de ce segment et pour comparer cette tension à une tension proportionnelle à celle de l'oscillateur. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fréquence de itoscillateur est choisie entre 100 et 200 kilocycles, de préférence entre 100 et 150. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractéri- se en ce que ltoscillateur est constitué pour fournir une tension sinusoldale. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comprend un filtre passe-haut entre l'électrode sur laquelle est prélevée la tension observée et les moyens pour observer cette tension et la comparer à une tension proportionnelle à la tension de l'oscillateur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend en série avec le segment de tubulure, une impédance constante telle qutune capacité. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 5 caracterisé en ce que la source de tension proportionnelle à la tension de l'oscillateur est prise aux bornes de l'oscillateur avec interposition d'un potentiometre. 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6 carat térisé en ce qu'il est utilisé comme indicateur de fin de perfusion de liquide.