Brevet FR2293220A1 — publié le 19760702

La présente invention a pour objet une pompe péristaltique rotative sans stator, à double corps et à moteur unique, utilisable notamment dans un circuit sanguin extracorporel, par exemple dans un dispositif oxygénateur de sang. Dans certains circuits sanguins extracorporels, carme il sera exposé plus loin, il est nécessaire de maintenir la pression du sang à une valeur bien déterminée à l'intérieur d'un appareil de traitement du sang tel qutun oxygénateur. On connaît des circuits extracorporels de sang qui utilisent deux pompes de circulation disposees en sens de part et d'autre d'un oxygénateur de sang à membrane. Nais le maintien d'une pression déterminée dans l'oxygé- n#ateur, nécessaire pour conserver le sang sous forme de fiEs minces d'épais- seur constante, nécessite soit un conduit de recyclage partiel de sang artériel dans l'oxygénateur, soit des systèmes de régulation complexes. La présente invention a pour objet un ensemble de pompage cospaçt, simple, robuste et sflr et qui, en particulier, ne nécessite aucun by-passs d'équilibrage des débits sanguins. Spécifiquement elle a pour objet une pompe péristaltique rotative sans stator, à double corps et axe d'entraînement unique, chaque corps de pompe étant constitué par un tube souple, replié sous tension autour de son rotor et dont le canal présente une section droite variable régulièrement par flexion de la paroi entre son minimum et son maximum dans un intervalle de pressions internes prédéterminées, caractérisée en ce que, pour une pression interne sensiblement égale à la pression atmosphérique, la section droite du premier tube est sensiblement à son maximum et la section droite du second tube est sensiblement à son minimum. La vitesse du moteur peut #tre fixe ou réglable. Pour que la pression moyenne du sang, entre deux corps de pompe, reste dans un intervalle prédéterminé, il est nécessaire que la capacité de débit maximum du second corps de pompe soit supérieure à celle du premier. Pour obtenir cette propriéte on peut utiliser pour le second corps de pompe un rotor dont les galets décrivent un cercle de plus grand diamètre que celui du premier corps de pompe, les deux corps de pompe ayant des périmètres internes sensiblement egaux. On peut également utiliser des rotors identiques ou un rotor unique commun aux deux corps de pompes, et dans ce cas on choisit un second corps de pompe dont la section droite présente un périmètre intérieur supérieur à celui du premier corps de pompe.Naturellement on peut combiner ces deux dispositions. Il est également nécessaire que la capacité de débit minimum utile du second corps de pompe soit inférieure à celle du premier. Pour obtenir cette proprieté on peut donner au second corps de pompe une paroi plus souple (gél.eralement plus mince) que celles du premier corps de pompe. On peut donner au canal du second corps de pompe une section droite à surface plus petite que celle du premier, et utiliser par exemple un tube déjà sensiblement aplati en l'absence de contrainte pour le second corps de pompe et un tube à section circulaire pour le premier. On peut également combiner forme plate et paroi plus souple, pour le second corps de pompe. L'utilité de la présente invention sera mieux comprise à l'aide des figures ci-jointes qui représentent d'une part, schématiquement, sans échelle déterminée un exemple d'emploi de la pompe selon l'invention et d'autre part les courbes caractéristiques de la pompe utilisée. La figure i représente la vue schématique d'un circuit extracorporel comprenant une pompe selon l'invention. La figure 2 représente la courbe caractéristique débit/pression d'un corps de pompe utilisable dans la pompe selon l'invention. La figure 3 représente l'ensemble des courbes caractéristiques débit/pression des deux corps de pompes. En se référant à la figure l, on voit un circuit extracorporel de sang qui relie un oxygénateur de sang (l) d'un type connu en soi, comportant au moins une membrane (2), au système veino-artériel d'un patient. Une canule (3) est introduite dans la veine cave inférieure en passant par la veine fémorale sectionnée à cet effet. La canule comporte vers son extrémité un renflement non occlusif, constitué par trois branches élastiques radiales (5) qui s'appuient sur les parois veineuses et les maintiennent localement écartées, ce qui dégage l'orifice de la canule. La canule (3) est reliée à l'entrée de l'oxygénateur (l) par un conduit souple (7) en élastomère silicone, sur lequel est intercalé le premier corps de pompe (6). Un conduit souple (il), également en élastomère silicone, relie la sortie de ltoxygénateur de sang (1) à une canule reliée à une prothèse évasée (8) suturée sur l'artère fémorale (9). Sur ce conduit (11) est disposé le deuxième corps de pompe, (10). Les corps de pompe (6) et (? ) sont associés à des rotors entraînés par un moteur (12) au moyen d'un axe coeun (représenté en pointillé). de Une pompe péristaltique auxiliaire (13), reliée au conduit (7) en amont/(6), permet de drainer le bout périphérique de la veine (4), d'intro- duire des quantités complémentaires de sang dans le circuit extracorporel à partir d'une source de sang (16) pour compenser des pertes de sang éventuelles et d'introduire éventuellement des liquides médicamenteux tels que l'héparine. Le circuit représenté étant du type veino-artériel, il est nécessaire de contrôler trois pressions différentes : la pression sanguine à l'entrée du corps de pompe (6), la pression dans l'oxygénateur et la pression artérielle du patient, pour les maintenir aux valeurs souhaitées. Un manomètre (17? est placé sur le conduit (7), immédiatement à l'entrée de (6). Comme on le verra par la Suite, la connaissance de la pression du sang à l'entrée du corps de pompe (ó) permet de connaître son débit. Un manomètre (14) permet de contrôler la pression sanguine dans I'oxygénateur. En outre un dispositif (21) de prise de la pression artérielle du patient permet de maintenir celle-ci au niveau désiré en agissant au besoin, soit sur le volume sanguin à l'aide du flacon (16) et de la pompe (13), soit sur les résistances vasculaires du patient. Le sang doit etre injecté au patient à une température voisine de 370C. Dans ce but, on peut adjoindre au conduit (ll) des moyens de réchauffage tels qu'une résistance électrique (18) noyée dans sa paroi. Des capteurs de température (19) et (20) de types connus en soi sont placés respectivement en aval et au niveau de l'élément chauffant (in). Le capteur (19) permet de contrôler (et éventuellement de réguler) le réchauffage du sang. Le capteur (20 > permet d'éviter les surchauffes locales du sang qui pourraient survenir lors d'une diminution ou d'un arret momentané de débit sanguin. Ce circuit fonctionne schématiquement de la manière suivante : le sang veineux s'écoule depuis la veine cave inférieure, ou il est à une pression voisine de la pression atmosphérique, par une canule (3) et le conduit (7) jusqutau premier corps de pompe (6). Celui-ci entratne le sang dans ltoxygénateur (l) à une pression suffisante pour vaincre les pertes de charge de l'appareil. Les compartiments de l'oxygénateur réservés au sang sont maintenus pleins et les fims de sang d'épaisseur sensiblement constante, la pression sanguine étant maintenue par le second corps de pompe dans un intervalle prédéterminé indiqué par le manomètre (14).Le sang oxygéné est repris à la sortie de l'ogygénateur par le deuxième corps de pompe (10) qui l'amène à une pression permettant son injection dans le système artériel du patient à travers la prothèse (8), après un réchauffement convenable dans le conduit (11). Le sang qui circule successivement dans les deux corps de pompe est fourni par les veines du patient : le débit moyen de la pompe doit pouvoir varier de manière à empêcher toute augmentation de la pression veineuse qui pourrait provoquer des troubles pour le patient (et notamment l'oedème aigu du poumon) ; pour éviter ces troubles il convient alors d'augmenter le débit des corps de pompes (6) et (10). Au contraire ce débit doit diminuer si la pression veineuse devient trop faible, afin d'éviter le collapsus des cavités veineuses. La pompe selon l'invention permet d'obtenir ce résultat. En effet, à vitesse constante, le débit de chacun des corps de pompe est fonction de la pression du sang à l'entrée, ce qui apparait clairement sur la courbe caractéristique débit/pression d'aspiration d'un corps de pompe, représentée figure 2. On voit que, pour une pression de fonctionnement PA à l'entrée du tube constituant/cleorps de la pompe, comprise entre deux valeurs limites, P m et P#, la pompe fournit un débit QA compris entre deux valeurs limites, Q et ; i le débit QA étant, dans cet intervalle, sensiblement proportionnel à la pression à l'entrée Dans la suite de la description, on désignera par P et P respec m N tivement la pression minimum utile et la pression maximum utile à l'entrée du corpsfpompe. De même, Q et QM seront respectivement les débits minimum utile et maximum utile correspondants. Le débit minimum utile Q est obtenu lorsque la pression à lten- trée est assez faible pour que le tube se collabe, ses parois opposées venant s'appliquer l'une contre l'autre ; la section du tube prend la forme d'une haltère. Au delà, la section du tube raplatit davantage, mais sous corps de~ l'effet de pressions d'aspiration à l'entrée du / pompe beaucoup plus faibles, ce qui correspond à un rapide changement de pente de la courbe. c La débit maximum utile QM est obtenu lorsque la pression à lten- trée du / pompe est assez forte pour que le tube prenne une section droite circulaire. Au delà, le tube ne peut que se dilater, ce qui nécessite des pressions considérablement plus élevées et correspond également à un rapide changement de pente de la courbe. Dans le circuit extracorporel de sang représenté figure 1, le débit du corps de pompe (6) varie, pour un niveau donné de(6) par rapport au point de prélèvement (3), selon la-pression veineuse. Comme la pression veineuse au niveau de (3) est voisine de la pression atmosphérique, et comme la pression du sang à 11 entrée du corps de pompe (6) en diffère par la perte de charge du conduit intermédiaire (7), compensée en partie par la différence de de niveau entre la canule (3) et le corps de pompe (6), elle est généralement inférieure à la pression atmosphérique. Aussi choisit-on un corps de pompe (6) dont la courbe caractéristique débit/pression s'étend dans une zone de pressions de préférence inférieures à la pression atmosphérique. Sur la figure 3 est portée la courbe caractéristique du corps de pompe (6).La zone utile de la courbe est comprise entre les points 8 et Bh, les pressions utiles extrêmes correspondantes Pm6 et PM6 sont par exemple dans ce cas toutes deux inférieures à la pression atmosphérique (point 0, d'abscisse nulle).La débit est proportionnel à la pression et à la vitesse de rotation du rotor associé au corps de la pompe,(6). Il est avantageux que la pression maximum utile P soit faiblement inférieure à la pression atmosphérique, généralement moins de 20 mm de mercure et de préférence moins de 10 me de mercure au dessous de la pression atmosphérique. On réalise cette condition avec un corps de pompe formé d'un tube à parois minces qui présente au repos une section droite circulaire ; cette section utile est maximum et permet un débit maximum utile Q . Pour une une pression du sang P6 à l'entrée du corps de pompe (6) comprise entre P 6 et P et inférieure à la pression atmosphérique, le tube a une section droite sensiblement elliptique, de surface inférieure à celle de la section droite circulaire de même périmètre, correspondant à un débit Q6.Lorsque la pression P6 devient égale à la pression minimum utile P 6 le tube s'aplatit encore et sa section droite devient presque nulle : le débit se réduit au débit minimum utile Le second corps de pompe (10), étant monté en série avec le premier corps de pompe (6), fournit rigoureusement le même débit moyen. Le débit de (10) est donc imposé par celui de (6), lui-même dépendant de la pression veineuse. La généralement généralement La pompe (6, 12, 10) est/disposée sensiblement au même niveau que l'oxygénateur. L'ensemble constitué par la pompe et l'oxygénateur est en général placé en dessous du patient, à un niveau réglable, pour compenser en partie les pertes de charge en amont de (6) et ainsi ajuster le débit sanguin à la valeur moyenne désirée. Il est nécessaire de maintenir la pression du sang dans l'oxygénateur dans un intervalle de pressions prédéterminé pour permettre au film de sang de conserver une épaisseur sensiblement constante au contact des membranes et un gradient de pression contrôlé à travers l'épaisseur des membranes. Ainsi pour un oxygénateur de sang constitué par un empilement alterné de membranes et d'intercalaires, on peut choisir de maintenir dans cet oxygénateur la pression relative du sang, mesurée à l'aide du manomètre (14), dans un intervalle prédéterminé, par exemple compris entre 0 et 200 mm de mercure au dessus de la pression atmosphérique. En effet, si on maintient dans cet oxygénateur la pression de ltoxygène au dessous de la pression atmosphérique, la différence de pression entre le sang et 11 oxygène reste toujours positive, ce qui permet l'utilisation de membranes microporeuses à débit gazeux élevé. Les membranes décrites dans le brevet français 1 568 130 conviennent particulièrement bien dans ce but. De plus, le maintien de cette différence de pression permet d'éviter que les membranes se collent l'une à l'autre par accident, collage difficilement réversible. Si au contraire la pression du sang est trop supérieure à celle de l'oxygène, par exemple de l'ordre de 800 mm de mercure, le sang risque de rompre la membrane ou de vaincre son hydrophobie et de la traverser. La pression du sang dans l'oxygénateur peut être maintenue dans un intervalle choisi à l'aide dtun corps de pompe (10) dont la courbe caractéristique débit/pression s'étend dans une zone de pressions essentiellement supérieures à la pression atmosphérique. Sur la figure 3 -est portée la courbe caractéristique d'un corps de pompe (10). La zone utile de la courbe est comprise entre les points Cm et CM, les pressions extrêmes utiles correspondantes pm10 et PM10 sont par exemple dans ce cas toutes deux supérieures à la pression atmosphérique. Il est avantageux que la pression minimum utile Pm10 soit égale ou faiblement supérieure à la pression atmosphérique, généralement moins de 20 mm de mercure et de préférence moins de 10 mm au-dessus de la pression atmosphérique. On réalise cette condition avec un corps de pompe constitué par un tube qui présente au repos une section droite aplatie : cette section droite est quasi-minimum et permet un débit utile minimum Qm 10. Le tube (10) est à parois assez minces pour que le débit maximum utile QM10 soit atteint pour une pres sion maximum utile PM10 , généralement inférieure à 200 mm de mercure au dessus de la pression atmosphérique et de préférence de l'ordre de 50 mm de mercure. Ainsi pour tout débit imposé par le corps de pompe (6), le corps de pompe (10) aura une section plus ou moins aplatie, correspondant à des pressions, à la sortie de l'oxygénateur, comprises entre O et par exemple 50 mm de mercure au dessus de la pression atmosphérique. La pression maximum à l'entrée de l'oxydé nateur dépend des pertes de charge dans ce dernier, généralement inférieures à 100 ma de mercure pour de débits de sang de l'ordre de 600 millilitres/minute dans un oxygénateur de surface 0,5 m2. L'exemple ci-après illustre une pompe selon l'invention et les modalités de son utilisation. Exemple Une pompe à double corps comprend un moteur (12), à vitesse réglable entre O et 40 tours/mn, qu'entraine un arbre sur lequel sont montés deux rotors. Ces rotors portent chacun trois galets dont la périphérie décrit un cercle de diamètre 19Q ma. Sur le premier rotor le premier corps de pompe G6) est constitué d'un tube en élastomère silicone, de diamètre extérieur 20 ma, diamètre intérieur 15,8 nin, section droite circulaire.Sur le second rotor le second corps de pompe (10) est constitué d'un tube à section droite elliptique en l'absence de toute contrainte, grand axe intérieur 24 sm, petit axe intérieur 4mm, dont le périmètre correspond à celui d'un tube à section droite circulaire de diamètre intérieur 16,8 nia et de diamètre extérieur 20 nia. Cette pompe est branchée comme décrit sur la figure 1, l'oxygéna- teur (l) ayant une surface de membrane égale à 3m2. On règle le débit de sang à une valeur moyenne de 2 litres/mi#te, la pression du sang dans l'oxygéna- par la pompe elle teur étant maintenue/dans un intervalle de 50 à 150 nia de mercure. Ce disposi- tif permet d'obtenir des transferts moyens de l3 ml/mn pour l'oxygène et de 150 ml/mn pour le gaz carbonique. Après 52 heures de suppléance cardiopulmo- naire subtotale sur un adulte, on-ntobserve qu'un taux d'h#iaolyse inférieur à O,5 %. REVENDICATIONS 1 - Pompe péristaltique. rotative/à double corps et axe d'entraînement unique, sans stator chaque corps de pompe étant constitué par un tube souple, replié sous tension autour de son rotor et dont le canal présente une section droite variable régulièrement par flexion de la paroi entre son minimum et son maximum dans un intervalle de pressions internes prédéterminées, caractérisée en ce que, pour une pression interne sensiblement égale à la pression atmosphérique, la section droite du premier tube est sensiblement à son maximum et la section droite du second tube est sensiblement à son minimum. 2 - Pompe selon la revendication# l, caractériée en ce que la section droite du premier tube est à son maximum et la section droite du second tube est à son minimum dans un intervalle de plus à moins 20 mm de mercure par rapport -à la pression atmosphérique. 3 - Pompe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la capacité de débit maximum du second tube est supérieure à la capacité de débit maximum du premier tube. 4 - Pompe selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la capacité de débit minimum du second tube est inférieure à la capacité de débit minimum du premier tube. 5 - Pompe selon la revendication 3 dans laquelle les deux tubes sont tendus autour de rotors identiques, caractérisée en ce que le périmètre intérieur du second tube est supérieur au périmètre intérieur du premier tube.