Brevet FR2458288A1 — publié le 19810102

L'invention concerne une pompe médicale destinée à l'assistance cardiaque pulsative. On connaît des pompes d'assistance circulatoire pulsative. Les pompes actuellement en usage sont des pompes à actionnement pneumatique, qui permettent en général de déterminer en valeur absolue la durée de l'aspiration et du refoulement, et d'ajuster les pressions négative d'aspiration et positive de refoulement. Par contre, elles ne permettent pas le réglage de la forme des diagrammes de remplissage et de refoulement, et ne permettent pas une auto-adaptation du volume refoulé à la fréquence. Certaines pompes ont également été développées, qui ont recours soit à des entraînements magnétiques, soit à des moteurs continus ou à des convertisseurs d'énergie électro-hydrauliques de type pompe axiale. Elles ont l'avantage par rapport au système pneumatique d'assurer une meilleure répétitivité du volume refoulé.Mais comme les pompes pneumatiques, elles ne permettent pas la modulation du cycle de pompage. On connaît également des pompes à débit continu, soit des pompes à galets, soit des pompes centrifuges. Ces pompes sont d'un emploi simple, par contre il est reconnu qu'un débit non pulsé est moins favorable physiologiquement qu'un débit pulsé, le premier assurant en cas d'altération du lit artériel une moins bonne perfusion des tissus qu'un débit pulsé. L'invention a pour but d'améliorer la technique des pompes d'assistance circulatoire pulsative en permettant un fonctionnement répétitif coup par coup de la pompe, tant en ce qui concerne le volume refoulé que la forme des diagrammes de remplissage et de refoulement de la pompe. L'invention telle qu'elle est caractérisée dans les revendications résoud le problème et propose une pompe pulsative caractérisée par le fait qu'elle est actionnée par un moteur à positionnement asservi, de préférence un moteur pas à pas réglé par microprocesseur de telle sorte que le déroulement d'un cycle ayant été déterminé et mis en mémoire en valeurs relatives par rapport à une période donnée, le fonctionnement de la pompe conserve les mêmes séquence avec les mêmes valeurs relatives pour n'importe quelle fréquence de fonctionnement. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent en de nouvelles formes de traitement des patients, formes qui n'étaient guère possibles avec les moyens connus. Ainsi la pompe selon l'invention permet de programmer le diagramme du débit, de connaître à chaque instant le volume éjecté, de fonctionner à débit moyen constant, la régulation automatique adaptant le volume éjecté à la fréquence de fonctionnement, ou inversement à volume éjecté constant quelle que soit la fréquence. Le diagramme des fonctions de refoulement et d'aspiration peut être programmé et maintenu semblable quels que soient la fréquence et le mode de fonctionnement choisi. La pompe peut être synchronisée automatiquement avec le rythme cardiaque, tout en pouvant être réglée en ses paramètres. Le débit peut être asservi, soit à celui d'une autre pompe, soit, par exemple, à la mesure du débit contre-latéral. En résumé, cette pompe trouve son application dans les domaines suivants : contrepulsation, assistance cardiaque auriculoventriculo-aortique ou pulmonaire, ainsi que dans l'assistance cardiaque bilatérale et dans la circulation extra-corporelle pulsative. Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus en détail à l'aide des dessins représentant seulement un mode d'exécution. La figure 1 représente un électrocardiogramme normal, et en regard les diagrammes de la pompe. La figure 2 représente schématiquement la pompe proprement dite. La figure 3 représente le schéma bloc de la commande et de la régulation automatique de la pompe. La pompe est du type à membrane, et elle fait bloc avec le moteur d'entraînement (fig. 2). La bâche 14 est fixée sur un moteur à réluctance variable 13, c'est-à-dire un moteur pas-à-pas, disposé pour entraîner le déplacement d'un moyeu rigide 15, qui est relié à la bâche par une membrane souple, déformable 16. Le déplacement du moyeu 15 provoque la variation du volume à l'intérieur de la pompe, et il est directement fonction de la rotation du moteur. La rotation se faisant pas-à-pas, par in créments successifs et dans les deux sens, on connaît à chaque instant la position du moyeu 15 dans la bâche et donc le volume actif de la pompe, ainsi que le volume qu'elle a refoulé. Un circuit micro-processeur permet à l'utilisateur de programmer l'allure du déplacement de la pompe (fig. 3). Dans les orifices d'entrée 17 et de sortie 18 de la pompe sont disposées des vannes externes à la veine liquide, dont le fonctionnement est également commandé par le circuit micro-processeur. Le circuit micro-processeur de commande et de régulation automatique de la pompe (fig. 3) se compose de trois parties distinctes soit - l'acquisition des données 1 à 3 et les commandes 9 à 11 ; - le contrôle et le traitement des données au moyen des tables 5 à 8, y compris le micro-processeur proprement dit 4 ; - le module d'alimentation de puissance 12 du moteur. L'acquisition des données et des commandes est assurée par un interface et multiplexeur d'entrée 1 lequel, selon une séquence et priorités définies par les périphériques 2 et 3 du microprocesseur 4, adaptera les données venues de diverses sources afin de les rendre compatibles avec le reste du circuit. De même l'interface de sortie 11 adaptera les signaux venus des ensembles (PIA B 8 et PIA D 10) pour la commande du moteur. Le traitement des données stockées fait partie intégrante d'un programme 5 qui est chargé, en tenant compte des diverses valeurs des données et d'une table de base, de recréer à l'aide d'une nouvelle table appelée "Table de lecture" 8, dont les diverses valeurs fabriqueront les périodes séparant chaque impulsion de commande du moteur, la suite d'impulsions qui donnera au débit la forme du diagramme préétabli. Les tables de base d'éjection 6 et d'aspiration 7 contiennent, sous la forme de nombres représentant un intervalle de temps, la forme du diagramme voulu. Ces tables sont programmées d'une façon indépendante et leur nombre, d'où le choix des formes, n'est limité que par l'ampleur du bloc mémoire à disposition. De plus, le circuit est prévu pour répondre à des demandes d'interruption pouvant venir des diverses sécurités et notamment du contrôle de pression dans les conduits. La commande de puissance 12 du moteur est d'un type conventionnel, avec sa logique de translation commandée par la succession des impulsions venant du micro-processeur. Le circuit comporte les éléments permettant : d'asservir la fréquence du moteur à la fréquence cardiaque, d'assurer un débit constant indépendant de la fréquence, de donner aux débits d'aspiration et de refoulement l'allure souhaitée, d'assurer un volume constant à chaque battement, d'asservir le débit moyen à celui d'une autre pompe en conservant toutes les possibilités de variations individuelles des caractéristiques, d'asservir le débit moyen au débit cardiaque mesuré, d'afficher le volume déplacé à chaque instant du cycle. Des capteurs de pression, inclus dans les tuyaux d'entrée et de sortie, permettent de mesurer la variation de pression et le débit afin d'actionner un affichage, enclencher une alarme et réduire automatiquement le volume refoulé s'il y a lieu. Toutes ces fonctions sont obtenues au moyen d'ensembles électroniques connus qu'il est superflu de décrire plus avant. La figure 1 illustre le fonctionnement : le diagramme A est un électro-cardiogramme normal qui permettra de bien comprendre le diagramme B qui représente les signaux de synchronisation, et le diagramme C qui représente le déplacement de la membrane de la pompe. Le fonctionnement est le suivant : le diagramme du déplacement de la pompe est stocké dans ce que nous appelons une table de base. Ce diagramme servira de référence pour le circuit qui en recréera la forme quelle que soit l'amplitude du déplacement, c'est-à-dire la grandeur du volume éjecté VT La fréquence de fonctionnement du système peut être donnée par une horloge interne ou être déterminée par les signaux électriques cardiaques. Le circuit enregistre alors à chaque signal la valeur de la période du battement écoulé, et adapte les temps de déplacement de la membrane de sorte que le réglage optimal choisi initialement est conservé, même si la période cardiaque varie. Le circuit permet également de maintenir un débit moyen constant, en déterminant automatiquement le volume éjecté VE à déplacer en fonction du débit moyen demandé, de la période T, et des durées respectives à l'intérieur de cette période du temps d'éjection et d'aspiration. Ce processus se répète pour chaque période, permettant une adaptation rapide aux variations du rythme cardiaque. Le débit moyen peut être soit affiché manuellement, soit être le résultat de calculs effectués par la micro-processeur à partir des paramètres mesurés de manière automatique sur le patient. Enfin, le circuit tient compte des valeurs maximales des contraintes admissibles sur les éléments du sang ; le niveau de ces contraintes étant prédéterminé, le système pourra, si les vitesses ou les variations de vitesse dépassent les limites fixées, soit enclencher une alarme, soit réduire automatiquement le volume éjecté de manière à se maintenir en deça des limites imposées. Dans l'exécution préférée on a décrit un moteur pas à pas, mais il est évident qu'il peut être fait usage de tout autre moteur, par exemple d'un moteur à courant continu à positionnement asservi. REVENDICATIONS 1. Pompe pulsative d'assistance cardiaque caractérisée par le fait qu'elle est actionnée par un moteur à positionnement asservi, de préférence un moteur pas à pas réglé par un circuit microprocesseur, de telle sorte que le déroulement d'un cycle ayant été déterminé en valeurs relatives par rapport à une période donnée, le fonctionnement de la pompe conserve les mêmes séquences avec les mêmes valeurs relatives pour n'importe quelle fréquence de fonctionnement. 2. Pompe selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la fréquence de fonctionnement est asservie à la fréquence cardiaque. 3. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que la pompe fonctionne en régime pulsé avec un débit constant quelle que soit la fréquence. 4. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que la pompe assure, en tenant compte de la période cardiaque et des durées relatives d'aspiration et de refoulement, le refoulement à chaque battement d'un volume constant. 5. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que le dispositif donne aux débits d'aspiration et de refoulement l'allure souhaitée. 6. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que le volume déplacé à chaque instant du cycle soit affiché. 7. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que le débit moyen soit asservi à celui d'une autre pompe en conservant toutes les possibilités de variations individuelles des caractéristiques de pompage. 8. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micri-processeur est disposé pour que le débit moyen soit asservi au débit cardiaque mesuré. 9. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est dotée, au niveau de son entrée et de sa sortie, de vannes externes à la veine liquide, dont le fonctionnement alternatif fait partie intégrante du programme micro-processeur. 10. Pompe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des capteurs de pression, inclus dans les tuyaux d'entrée et de sortie, permettent durant le fonctionnement de la pompe, de mesurer les variations de pression pour enclencher une alarme et réduire automatiquement le volume refoulé par la pompe.