Brevet FR2273264A1 — publié le 19751226

La présente invention concerne un appareil de régulation d'un écoulement liquide goutte a goutte et plus particulièrement d'un appareil de perfusion perfectionné Tout appareil de perfusion comporte - un réservoir contenant le liquide a injecter, - un tube d'écoulement du liquide contenu dans ledit flacon, tube se tertninant, dans une chambre, par un dispositif laissant le liquide s'écouler sous forme de goutte, - un tube partant de ladite chambre et relié au patient ce tube est muni d'une pince réglable qui permet en faisant varier la résistance à I'écoulement, de contrdler la fréquence de formation des gouttes de liquide tombant dans cette chambre. Les ibfirmières règlent, en fonction du patient et du liquide a perfuser, le-débit de perfusion, en appréciant ou en mesurant la fréquence des gouttes tombant dans la chambre et en pinçant plus ou moins le tuyau sortant de la chambre au moyen de la pince réglable. On a cherché précédemment å automatiser cette opération et pour cela on a utilisé des moyens qui permettent de reproduire les diverses opérations effectuées de fait par l'infirmi~re à savoir - un dispositif permettant de détecter et de compter les gouttes, - un dispositif comparateur permettant de comparer le nombre de gouttes comptées en un temps donné, a un nombre défini au préalable, - un dispositif-permettant d'agir sur la pince réglable en fonction du résultat fourni par ce dispositif comparateur. Les dispositifs utilisés sont bien évidemment connus en eux-mSmes ; les appareils automatiques décrits sont donc le résultat dlune série de choix, généralement adaptés les uns aux autres, pour Ces divers dispositifs. En particulier, on a choisi, commk dispositif permettant de détecter et de compter les gouttes, un dispositif optique de détection.(coupure par chaque goutte d'un rayon lumineux} qui produit un signal électrique dont la fréquence est comparée avec la fréquence optimum désirée. Le dispositif comparateur actionne un moteur qui permet de pincer plus ou moins fortement le tuyau souple sortant de la chambre dans laquelle se produisent les gouttes. Des appareils de ce type sont déjà commercialisés mais ils présentent certains inconvénients que l'appareil selon l'invention permet d'éliminer. L'appareil selon l'invention, utilisé pour tout contre et régulation d'un écoulement liquide s'effectuant sous forme de gouttes tombant dans une chambre d'écoulement, comportant un appareil permettant le comptage des gouttes, un dispositif permettant la comparaison de la fréquence repérée desdites gouttes avec une fréquence type et un appareil, commandé par ledit dispositif, permettant par l'établissement d'une résistance à l'écoulement plus ou moins grande dans une canalisation reliée à ladite chambre d'écoulement, la régulation de la fréquence d'écoulement des gouttes pour amener celle-ci à outre identique à la fréquence type, est caractérisé en ce que - l'appareil permettant le comptage de la fréquence d'écoulement des cgouttes est un condensateur dont les armatures sont disposées de part et d'autre de la chambre d'écoulement de telle sorte que les gouttes a compter passent entre lesdites armatures et dont on détecte la variation de capacité due à une variation d'état du diélectrique lors de la présence d'une goutte entre les deux armatures dudit condensateur, - l'appareil de régulation comprend un convertisseur thermomécanique associé à des moyens de chauffage électriquement commandés. Il est clair qu'entre l'appareil de comptage des gouttes et l'appareil de régulation se trouve un dispositif électronique assurant au moins - la détection de la variation de capacité du condensateur lors du passage de chaque goutte entre les armatures de ce dernier - la comparaison de la fréquence d'écoulement des gouttes ainsi détectées avec un élément comparatif réglable ; et - la commande du chauffage du convertisseur thermomécanique pour ajuster la fréquence des gouttes à la fréquence affichée de ltélément comparatif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente une réalisation d'un appareil selon l'invention adaptable, par exemple aux dispositifs de perfusion - la figure 2 représente schématiquement l'appareil de régulation dans lequel le convertisseur thermomécanique est un bilame - la figure 3 représente un schéma simplifié du dispositif électronique de l'appareil représenté à la figure 1 ; et - la figure 4 représente un schéma électronique du dispositif de la figure 3. Sur la figure I, on peut voir - en 1 - un bottier évidé en son centre renfermant les dispositifs électroniques ; ce boitier est ainsi pourvu d'un évidement dans lequel sera logé la chambre d'écoulement 50 dans laquelle s'effectue l'écoulement goutte a goutte du liquide le bottier est également pourvu de deux encoches 2 et 3 permettant le passage des tuyaux flexibles d'amenée 51 et de départ 52 du liquide dans la chambre 50 - en 4a et 4b - les armatures du condensateur disposées de part et d'autre de la chambre d'écoulement 50 et servant a détecter le passage des gouttes de liquide - en 5 - un dispositif de réglage permettant d'afficher la fréquence des gouttes souhaitée ; ce dispositif de réglage est bien évidemment pourvu d'une échelle 6 ; - en 7 - l'appareil de régulation dans lequel le convertisseur thermomécanique est constitué avantageusement par un bilame chauffé par une résistance électrique Le détecteur de passage de goutte 4 comporte donc essentiellement : deux plaques métalliques 4a, 4b disposées face à face et formant les armatures d'un condensateur et un ensemble électronique capable de détecter les variations de capacité produites par le passage de la goutte. L'avantage essentiel de ce mode de détection de la fréquence d'écoulement des gouttes réside dans sa fiabilité :la taille des plaques 4a, 4b détermine une zone de détection très grande, débordant la largeur de la chambre d'écoulement 50, ce qui permet d'éviter la nécessité d'un positionnement précis de celle-ci dans l'appareil. De plus, une inclinaison de l'ensemble qui dévie la traiectoire de la goutte ne génie pas la détection Un autre avantage réside en la longévité du système électronique transistorisé utilisé pour compter la fréquence des gouttes et pour commander les moyens de chauffage du dispositif à bilame 7 en vue de réguler cette fréquence. En effet, la longévité de ce système transistorisé est supérieure à celle d'un détecteur photo-électrique utilisant une lampe comme émetteur de lumière. Par ailleurs, il est certain qu'un détecteur de gouttes ntutilisant.pas de lumière peut présenter un certain intérêt pour la mesure du débit de solutions photo-sensibles. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement l'appareil bilame 7 utilisé selon l'invention pour pincer plus ou moins le tuyau flexible de départ 52 du liquide issu de la chambre d'écoulement 50. Ce pincement a pour but d'établir dans ledit tuyau 52 une résistance a l'écoulement plus ou moins grande en vue de la régulation de la fréquence de chute des gouttes tombant dans la chambre d'écoulement 50. Cet appareil a bilame consiste essentiellement en une languette rigide 8 qui est susceptible d'être appliquée sur le tuyau de départ 52 par une butée rotative formant came 9 commandée manuellement S l'aide du bouton molleté 9a, butée 9 sous laquelle la languette 8 est engagée lors du fonctionnement ; l'appareil comprend en outre un bilame 10 dont la forme est déterminée par sa température, laquelle est commandée par une résistance chauffante convenable Ica , un coin Il en matériau isolant thermique est porté par le bilame 10 et écrase, contre la languette 9, le tuyau souple 52 sortant de la chambre 50 dans laquelle les gouttes sont comptées ;ledit coin 11 pourrait également titre disposé sur ladite languette 8 et jouer le meme rle d'écrasement du tuyau souple 52 entre lui-mssme et le bilame 10.La butée 9 présente une encoche 9b permettant l'engagement d'un ergot d'extrémité Sa de la languette, et une surface de butée 9c formant came de manière a permettre le réglage de 1'écrasement du tuyau souple 52 entre la languette 8 et le coin Il. La butée porte également, sur sa face périphérique, une saillie formant came 9d destinée X coopérer avec un contact électrique 110 permettant l'alimentation du dispositif électronique de l'appareil. ta surface de butée 9c est destinée à entrer en contact avec l'extrémité libre de la languette 8.Cette surface 9c présente une partie inclinée 9'c permettant un réglage continu et uniforme de l'écrasement du tuyau 52, et une partie enfoncée gnc perpendiculaire a l'axe de rotation de ladite butée 9, cette partie 9"c permettant un écrasement de valeur prédéterminée dudit tuyau 52 simultanément å la fermeture du contact électrique 110 de mise en route du dispositif électronique par la came 9d. Ce système mécanique simple possède divers avantages il est léger, économique, il possède une inertie mécanique importante due a son inertie thermique, il est fiable et il permet d'appliquer une force d'écrasement élevée. Le bilame 10 est agencé de telle sorte que la force d'écrasement maximale du tuyau souple 52 corresponde a l'état froid dudit bilame 10; il apparaît donc une sécurité en cas de coupure de courant. Le dispositif électronique sera décrit ci-après en référence aux figures 3 et 4 ; ce dispositif comporte notamment un système de détection de la variation de la capacité du conden sateur 4, un système de comparaison de la fréquence du passage des gouttes avec une fréquence affichée et un dispositif pour l'alimentation électrique du bilame en tenant compte de cette comparaison. De plus, un dispositif de sécurité est susceptible en cas d'absence de passage de gouttes pendant un temps prédéter- miné, de couper le chauffage du bilame et de déclencher une alarme optique sonore, ou une télé-alarme grâce à un petit relais intégré. Une prise prévue sur le bottier 1 permet de raccorder le circuit travail du relais à deux fils extérieurs reliés, par exemple, à la sonnette d'étage d'une clinique. Bien que l'appareil selon l'invention ait été décrit uniquement dans le cas de son utilisation pour un appareil de perfusion, il est applicable dans d'autres applications industrielles où l'on a b contrtler la fréquence de passage de gouttes de liquides ; enfin l'appareil peut être réduit à un simple capteur de gouttes dans le but, par exemples de compter les gouttes automatiquement, ou associé à un programmateur chargé de télécom- mander le dispositif, pour faire écouler un nombre de gouttes donné Le dispositif électronique comporte (voir figure 4) une alimentation secteur, dont le rôle est d'isoler les circuits du secteur pour des raisons de sécurité et de fournir une tension régulée au circuit en dépit des variations de tension du secteur. Cette alimentation, de fonctionnement classique, comprend : un transformateur 53 akaisee.ur de tension, un redresseur en pont 54 suivi d'un condensateur de filtrage 55 afin d'obtenir une tension continue, non régulée, de 15 V environ, un ensemble de trois transistors 55 et une diode Zoner 56 chargée de réguler la tension de sortie à 12 V continu. Le détecteur de variation de capacité comprend un système fournissant une tension fonction de la valeur de la capacité du condensateur 4 et un amplificateur n'amplifiant que les variations de cette tension. Etant donné les faibles valeurs de capacité du condensateur 4 (environ 1 pf) on applique sur l'électrode 4a dudit condensateur 4 un signal alternatif de tension et de fréquence élevée afin que le courant qui traverse le condensateur 4 soit non seulement mesurable, mais aussi relativement grand par rapport aux parasites dus à l'environnement. Un oscillateur 57 (figure 3) de fréquence 1 MHz envoie sur l'électrode 4a un signal alternatif de 80 V environ, crête à crete. Cet oscillateur 57 est un montage classique et comprend un transistor 58 et une bobine 59 (voir figure 4) La fréquence de 1 MHz a été choisie car, à cette fréquence, l'émission radio est encore faible et l'angle de perte du diélectrique liquide reste suffisamment faible. L'autre électrode, dite électrode de détection 4b, est reliée à un circuit détecteur de courant 65 (figure 3) dont l'amplitude de la tension de sortie est fonction de la valeur de la capacité du condensateur 4. Ce circuit 65 comprend deux diodes 6C et 61. Un condensateur 62 se charge à travers une résistance 63 de valeur élevée Elo MJL) jusqu'a une tension oh les deux diodes 60, 61 conduisent et dérivent le courant de charge vers la masse 64. A cet effet, la borne opposée au condensateur 62, de la résistance 63, est reliée au pôle positif 65 de l'alimentation stabilisée. Lorsque l'oscillateur 57 fonctionne, les charges qui apparaissent sur ltélectrode de détection 4b sont alternativement enlevées du condensateur 62 puis renvoyées à la masse 64, selon le principe du "pompage à diode". Le condensateur 62 se décharge donc set sa tension devient d'autant plus faible que la capacité formée par les deux électrodes 4a, 4b est grande. Un amplificateur alternatif 66 (figure 3) formé par deux transistors 67 et 68 montés en darlington, a pour rôle d'amplifier cette tension débarassée de sa composante continue a l'aide du condensateur 69. On obtient ainsi en sortie de l'amplificateur 66 un signal dont l'amplitude correspond aux variations de capacité du condensateur 4. Ce signal attaque un circuit de mise en forme 70 constitué des transistors 71 et 72 de façon à délivrer une impul sion parfaitement calibrée quelles que soient les variations mineures du signal qui est fonction de divers paramètres : hauteur de chute de la goutte, zone de chute de cette dernière dans l'espace interélectrodes, etc... L'asservissement comprend un système donnant un signal d'erreur entre la fréquence d'écoulement et la fréquence désirée, et un amplificateur de sortie 71 chargé de faire passer plus ou moins de courant dans la résistance 10a du bilame 10. Le signal d'erreur est obtenu par un circuit différentiel analogique constitué de deux générateurs de courant 73 et 74 et d'un condensateur 75.. Le passage d'une goutte entre les électrodes 4a, 4b du condensateur 4 déclenche une impulsion de durée t qui est délivrée par le circuit de mise-en forme 70 et qui commande l'établissement par le générateur 73 pendant le temps t d'un courant Il donné, ce courant s'établissant dans un transistor 76 qui constitue ledit générateur de courant 73.Le condensateur 75 se charge donc, pour chaque goutte tombée, d'un nombre de coulombs égal à Il x t, et sa tension monte alors de l x t Par ailleurs, le générateur de courant 74 décharge en permanence le condensateur 75 à l'aide d'une intensité fonction de la position du curseur d'un potentiomètre 77 chargé d'afficher la fréquence d'écoulement désirée. On obtint ainsi, sur le condensateur 75, une tension en dents de scie dont la valeur moyenne est stable si le condensateur 75 se charge, à chaque goutte, autant qu'il se décharge. On voit que, pour une décharge donnée, donc une- fré- quence d'écoulement désirée, la valeur moyenne de cette tension monte, si la fréquence des gouttes augmente, et descend Si Cette fils quence dminue. Le signal doreur å obtenir doit correspondre donc A la pente de la courbe représentant la variation dans le temps de cette valeur moyenne; cette pente est en effet nulle si la fréquence d'écoulement correspond à la fréquence de commande, positive si elle lui est supérieure et négative si elle lui est inférieure. C'est principalement cette pente qui va faire chauffer plus ou moins le bilame lo. A cet effet, l'arqplificateur 71 est formé par les transistors 78, 79 et 80 et possède une contre réaction formee par les résistances 81 et 82 et par le condensateur 83. Cette boucle de contre-réaction détermine un taux d'amplification importante (environ 70) de la pente de la tension du condensateur 75 tout en laissant passer, avec un gain égal à 1, le courant continu, afin d'éviter que le différentiel 71, 73 à 75 ne puisse se saturer au bout d'un certain temps. L'avantage de ce montage est de permettre de mémoriser les passages très rapprochés dans le temps de plusieurs gouttes en effet, dans certaines perfusions la fréquence d'écoulement est irrégulière. Ceci provient de l'entrée de bulles d'air dans le réservoir de liquide qui au lieu de se faire de manibre continue, se fait par a-coup. A ce moment, quelle que soit la fréquence d'écoulement, l'augmentation de pression dans ledit réservoir de liquide détermine une chute de quelques gouttes Jusqu'à ce que l'air, emprisonné dans la chambre d'écoulement, soit lui-meme a cette pression. Le phénomène en lui-mdme n'est pas gênant vis à-vis de la perfusion puisque le liquide continue à être perfusé approximativement au meme débit.Par contre, le passage de deux ou trois gouttes en quelques fractions de seconde, c'est-a-dire, une cadence bien plus rapide que la cadence normale, peut dérégler un système incapable de mémoriser ce passage. Dans ce montage différentiel, le passage de ces gouttes est détecté et charge le condensateur 75 de deux a trois fois Il x t 11 s'ensuit une diminution de chauffage du bilame 10 et donc une diminution du débit d'écoulement de liquide jusqu'a ce que le condensateur 75 ait retrouvé sa tension moyenne de fonctionnement. Un autre avantage de ce montage est de limiter le courant de chauffage dans la résistance lOa du bilame 10, S faible débit. Un faible débit correspond en effet a un courant de décharge très faible dans le condensateur 75. Ce courant de décharge produit donc une pente faible et l'amplificateur 71 ne fait alors que suivre au gain de 1 la tension du condensateur 75. Il apparait alors que, lorsque le liquide vient manquer, le flacon étant vide, il n'existe plus de goutte. Un système plus simple commanderait alors le chauffage du bilame de manière forte et il s'ensuivrait une vidange rapide du contenu de la chambre de perfusion, avant que le système de sécurité ait eu le temps d'agir, ce qui est incompatible avec le but recherché. Dans ce montage, la tension moyenne descend très lentement et le chauffage du bilame 10 ne s'accroît qu'à peine, meme au bout d'un temps relativement long (par exemple de 30 secondes) nécessaire pour que le dispositif de sécurité décrit ci-après se déclenche. Il ne s'ensuit pratiquement qu'une légère augmentation de débit tout a fait acceptable. Le système de sécurité selon la présente invention a été étudié de façon a permettre la coupure du chauffage et le déclenchement d'un signal d'alarme en cas d'absence du passage de goutte dans la chambre d'écoulement 50. Il comprend un système mesurant le temps séparant le passage de deux gouttes et un dispositif chargé de comparer ce temps avec une durée prédéterminée. Le temps séparant deux gouttes est mesuré par un périodemètre 91 dans lequel ledit temps apparaît sour la forme de la durée d'impulsions en forme de dents de scie formées par la charge d'un condensateur 84 A travers une résistance 85. Ce condensateur 84 est déchargé lors de chaque chute de goutte par une diode 86. La tension du condensateur 84 est comparée a l'aide d'un comparateur 90 constitué d'un transistor 87 a une tension de référence prédéterminée qui est fournie par le circuit 92 et qui est la tension fixe obtenue au point de jonction de résistan- ces 88 et 89. La valeur des composants 85, 84, 88 et 89 est définie de façon qu'approximativement le transistor 87 se sature lorsque le temps s'écoulant depuis la chute de la dernière goutte dépasse une durée prédéterminée égale, par exemple, a deux minutes. Il est nécessaire de prévoir, en effet, un temps relativement long pour éviter un déclenchement intempestif de l'alarme, lors de phénomenes comme celui décrit plus haut consistant dans des passages de gouttes très rapprochés dans le temps. La saturation du transistor 87 provoque la saturation d'un transistor 93. L'appareil comporte en outre un détecteur de présence de liquide 100 susceptible de couper le chauffage du bilame 10 dès que le tuyau d'amenée 51 n'est plus rempli de liquide. A cet effet, le détecteur 100 comprend une électrode exploratrice 101 placée contre le tuyau d'amenée 51 non loin du boitier 1, cette électrode étant reliée S la base du transistor 93 par l'intermédiaire d'un circuit détecteur de courant du même type que le# circuit 65. Ainsi, la-disparition de liquide dans le tuyau 51 provoque une variation d'influence électrostatique sur l'électrode exploratrice 101 qui se traduira par une variation du potentiel de la base du transistor 93 provoquant la saturation dudit transistor 93. La saturation du transistor 93, d'une part, coupe le chauffage du bilame 10 en agissant à l'entrée 71a de l'amplifì- cateur 71 a l'aide d'une diode 94 et, d'autre part, excite un amplificateur d'alarme 95. L'amplificateur d'alarme 95 comprend - un ensemble vibreur-relais-voyant chargé soit de produire un signal sonore et lumineux, soit de commuter une sonnette ou autre alarme extérieure au dispositif, tout en assurant un signal lumineux. Les transistors 96 et 97 permettent de commander un relais 98 et un voyant 99. Les contacts travail du relais 98 sont branchés soit de façon i bloquer le transistor 97 lorsque le relais 98 s'enclenche : il fonctionne alors en vibreur, soit de façon d courcircuiter deux fils extérieurs lorsque l'on enfonce un Jack J1 On peut prévoir, a la place des circuits 91 et 92, un autre système de sécurité chargé de saturer le transistor 93 lorsque la tension du condensateur 75 descend au dessous d'un seuil prédéterminé. Selon une autre possibilité, on peut concevoir un système de sécurité utilisant le périodemètre 91 main dans lequel le circuit 92 est remplacé par un circuit fournissant une tension de référence qui est fonction de la tension de curseur du potentiomètre 77. Dans ce dernier cas, il est nécessaire de prévoir des moyens rendant le système de sécurité inopérant pendant un temps de démarrage de l'appareil afin de permettre un chauffage suffisant du bilame 10. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement a titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Appareil de régulation d'un écoulement de liquide goutte à goutte notamment pour le contrôle des perfusions, du type comprenant une chambre d'égouttement, un tuyau d'amenée, un tuyau de départ du liquide s'écoulant dans ladite chambre, une électrode d'émission reliée à un générateur de signal haute fréquence, une électrode de détection, lesdites électrodes étant di#o# sées de part et d'autre et à proximité de la chambre d'égouttement, des moyens électriquement commandés pour pincement du tuyau de départ et un circuit de régulation qui est interposé entre l'électrode de détection et l'organe de commande des moyens de pincement, caractérisé en ce qu'il comporte un boitier qui renferme le générateur de signal haute fréquence et le circuit de régulation et qui présente un évidement central recevant la chambre d'égouttement. 2 > Appareil de régulation d'un écoulement de liquide goutte à goutte notamment pour le contrôle des perfusions, du type comprenant une chambre d'égouttement, un tuyau d1 amenée, un tuyau de départ du liquide s'écoulant dans ladite chambre, une électrode d'émission reliée à un générateur de signal haute fréquence, une électrode de détection, lesdites électrodes étant disposées de part et d'autre et à proximité de la chambre d'égout- tement, des moyens électriquement commandés pour pincement du tuyau de départ et un circuit de régulation qui est interposé entre l'électrode de détection et l'organe de commande des moyens de pincement, caractérisé en ce qu'une deuxième électrode de détection est placée contre le tuyau d'amenée et est reliée a un dispositif d'alarme. 3) Appareil de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de régulation comprend un circuit de détection et de mise en forme relié à la première électrode de détection, un condensateur qui est, d'une part, chargé par les impulsions fournies par ledit circuit de détection et de mise en forme et, d'autre part, déchargé avec un courant dont l'intensité est réglable et un organe amplificateur recevant le signal de tension dudit condensateur et n'amplifiant que la pente de l'évolution dans le temps de la valeur moyenne de cette tension, le signal de sortie de cet organe amplificateur étant appliqué à l'organe de commande des moyens de pincement. 4) Appareil de régulation selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe amplificateur est un amplificateur comportant un circuit de contre réaction comprenant un condensateur et une résistance montés en série, les bornes de ce condensateur étant de préférence reliées par une résistance parallèle.