Brevet FR2455687A1 — publié le 19801128

La présente invention a pour objet une pompe du type rotatif plus spécialement agencée pour former coeur artificiel en vue de remplacer un coeur biologiquement défaillant. Afin de faciliter la compréhension de l'invention et de mieux faire ressortir la fonction de la pompe qui en fait l'objet, on rappelera très succinctement que l'organe qui constitue le coeur est divisé en quatre cavités groupées deux par deux de façon à déterminer le coeur gauche et le coeur droit, chacun de ceux-ci comprenant une oreillette et un ventricule communiquant à travers une valve dite "tricuspide" pour le coeur droit, "mitrale" pour le coeur gauche L'oreillette droite, reliée aux veines caves, recueille le sang de l'organisme pour l'envoyer à travers le ventricule droit aux poumons où il se charge d'oxygène ; des poumons il revient à l'oreillette gauche et ressort à travers le ventricule gauche relié à l'aorte qui le distribue dans l'ensemble de l1organis- me.Les valves tricuspide et mitrale, en combinaison avec des valvules externes ("sigmoides") situées à la périphérie des ventricules, agissent à la manière de clapets pour s'opposer à toute circulation du sang en sens inverse. On conçoit dès lors que pour qu'un pompe rotative puisse faire fonction de coeur artificiel il est nécessaire qu'elle comporte deux cavités distinctes, des moyens pour balayer chaque cavité en exerçant un effet d'aspiration (diastole) à travers une tubulure d'admission et un effet de refoulement (systole) dans une tubulure de décharge, ainsi que des moyens pour s'opposer efficacement à toute communication entre les deux cavités et à toute circulation parasite en sens inverse de celui prescrit. Il faut en plus que l'ensemble présente un encombrement très réduit de manière à permettre son implantation dans la cage thoracique. Afin de répondre à ces impératifs#, la pompe rotative suivant l'invention comprend en premier lieu un stator cylindrique dont la paroi latérale est percée de quatre orifices diamétralement opposés deux par deux, les deux paires ainsi déterminées définissant un profil en X à angle d'ouverture réduit. Dans ce stator sont montés à rotation deux rotors dont chacun est constitué par un disque pourvu radialement de deux bossages diamétralement opposés ; chaque bossage, substantiellement en forme de secteur, présente une étendue angulaire au plus égale à l'angle formé par les orifices adjacents des deux paires précitées, tandis que son étendue axiale est égale au double de l'épaisseur de chaque disque, de telle sorte que les deux rotors sont ainsi susceptibles d'être emboîtés l'un dans l'autre.L'ensemble est complété par des moyens d'entrainement agencés pour impartir aux rotors une succession de déplacements angulaires déphasés l'un par rapport à l'autre, les bossages de celui de ces rotors qui reste immobile pendant que l'autre se déplace étant à chaque fois disposés entre les orifices adjacents des deux paires sus-mentionnées. Conformément à un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux de l'invention, les moyens d'entrainement sont constitués par deux moteurs électriques du type pas à pas associés à l'un et à l'autre des rotors, mais en variante on peut avoir recours à un moteur unique et à un système mécanique du type épicycloidal ou hypocycloidal propre à assurer la séquence et la périodicité des déplacements angulaires successifs des deux rotors. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 montre en perspective les pièces principales d'une pompe suivant l'invention, préalablement à leur assemblage. Fig. 2 à 6 sont des coupes transversales schématiques illustrant le fonctionnement de cette pompe. La pompe représentée comprend en premier lieu un stator 1 (fig. 1) formé par une paroi cylindrique 10 et par un fond 11 à profil circulaire. La paroi 10 est percée de quatre orifices formant débouchés pour un nombre égal de tubulures référencées 12 à 15, diamétralement opposées deux par deux ; on notera que les axes des tubulures 12-13 et 14-15 déterminent un profil en forme de X à faible angle d'ouverture. A l'intérieur de ce stator 1 sont montés deux rotors respectivement référencés 2 et 3. Chacun d'eux est formé par un disque 20, respectivement 30, de diamètre inférieur au diamètre intérieur de la paroi 10 ; ce disque est solidaire de deux bossages radiaux 21 et 22, 31 et 32, diamétralement opposés l'un à l'autre. Chaque bossage se présente sous la forme d'une portion de couronne circulaire dont la paroi extérieure est établie au rayon de la face interne de la paroi 10 ; comme indiqué ci-dessus, l'étendue angulaire de chaque bossage est au plus égale à l'angle qui sépare les débouchés des tubulures 12 et 14 ou 13 et 15, tandis que dans le sens axial sa longueur correspond au double de l'épaisseur de chacun des disques 20 et 30.Chacun de ceux-ci est pourvu en son cen tre d'un arbre 23, respectivement 33, orienté axialement à l,oppo- sé de la partie dépassante des bossages 21-22, 31-32, correspondants. Le fond 11 du stator 1 est percé en son centre d'une ouverture à l'intérieur de laquelle est-engagé l'arbre 23 qui peut ainsi être entrainé avec le rotor 2 par un petit moteur électrique 16 du type pas à pas, rapporté contre ledit fond 11. De la meme manière un autre petit moteur 41 est fixé contre le flasque 40 qui constitue le couvercle 4 destiné à fermer le stator 1, ce moteur 41 assurant l'entratnement en rotation de l'arbre 33 et du rotor 3. Les deux moteurs 16 et 41 sont placés sous la dépendance d'un microprocesseur ou appareil analogue agencé de manière à leur impartir la séquence de déplacements angulaires qui sera exposée ci-après en référence à fig. 2 à 6. On comprend qu'une fois ses éléments constitutifs montés à l'intérieur du stator 1, la pompe suivant l'invention se présente sous un encombrement très réduit, ce qui facilite évidemment son implantation dans la cage thoracique du patient. La tubulure 12 est destinée à être reliée par suture aux deux artères pulmonaires, la tubulure 14 aux deux veines pulmonaires, la tubulure 13 à l'aorte et la tubulure 15 à la veine cave. Pour exposer le fonctionnement de cette pompe et les déplace ments successifs des deux rotors 2 et 3, on partira de la position illustrée en fig. 2, pour laquelle le disque 30 se trouve à une orientation telle que ses bossages 31 et 32 sont disposés entre les tubulures 12 et 14, respectivement 13 et 15 ; le rotor 2 se trouve lui-meme placé à une orientation telle que ses deux bossages 21 et 22 sont accolés contre les bossages 31 et 32 précités, en obturant de la sorte les tubulures 14 et 15. A ce moment le micro-processeur de commande assure l'immobilisation angulaire du rotor 3, tandis que le courant est envoyé au moteur 16 afin de faire tourner le rotor 2 dans le sens destrogyre. Comme illustré en fig. 3, les bossages 21 et 22, agissant à la ma nière de pistons, balayent les chambres A et B comprises entre leur face antérieure et la face arrière des bossages 32, respectivement 31, ce qui a pour effet de chasser dans les tubulures 13 et 12 le sang qui emplissait lesdites chambres, et de créer un effet d'aspiration à travers les tubulures 14 et 15, cette aspiration assurant le remplissage de A et B. Ce déplacement angulaire du rotor 2 se poursuit jusqu'à ce que les bossages ou pistons 21 et 22 viennent s'appliquer contre les bossages 31 et 32 (fig. 4). A ce moment les deux rotors 2 et 3 sont entraînés en rotation dans le sens dextrogyre, et ce d'un angle réduit, juste suffisant pour amener les bossages 21 et 22 du rotor 2 à venir se disposer entre les tubulures 13 et 15, respectivement 12 et 14, comme illustré en fig. 5, le rotor 3 se trouvant alors à une orientation telle que ses bossages 31 et 32 obturent les débouchés des tubulures 14, respectivement 15. Le rotor 2 est alors maintenu angulairement immobile tandis que le rotor 3 est entrainé en rotation, toujours dans le sens dextrogyre. Ce sont les faces antérieures des bossages 31 et 32 qui agissant à la manière de pistons chassent le sang des chambres A et B à travers les tubulures 13 et 12, ces chambres se remplissant en arrière desdits bossages ou pistons à travers les tubulures 14 et 15. Cette rotation s'arrête lorsque les bossages 31 et 32 viennent au contact des bossages 21 et 22 (fig. 6) et à nouveau les deux pistons 2 et 3 se déplacent angulairement de manière simultanée pour ramener les choses à la position de fig. 2. Un cycle subséquent de pompage peut intervenir. On notera que les bossages du rotor qui est immobilisé angulairement s'opposent à toute communication parasite entre les deux chambres A et B, en tenant ainsi lieu des valves mitrale et tricuspide. Par ailleurs les bossages du rotor qui se déplace angulairement empêchent toute circulation dans le sens opposé à celui prescrit. Il faut encore remarquer que lorsque les deux rotors se trouvent en position de symétrie parfaite par rapport à la bissectrice des quatre tubulures, les bossages adjacents deux à deux assurent l'obturation simultanée des quatre orifices, en jouant ainsi le rô- le des valvules externes. Le stator 1 et les rotors 2 et 3 sont susceptibles d'être dimensionnés de façon à ce que le volume de chacune des chambres A et B soit de l'ordre de 70 cm3, le cycle double décrit ci-dessus en référence à fig. 2 à 6 se répétant 35 fois par minute pour reproduire les données de la circulation sanguine naturelle. Il va de soi qu'on peut associer au micro-processeur des palpeurs ou sondes propres à détecter le débit, la pression et la teneur en oxygène et en gaz carbonique du sang véhiculé dans l'organisme, ainsi que la température générale, ces différentes valeurs étant introduites dans le micro-processeur pour faire varier de manière adéquate la vitesse de fonctionnement de la pompe. On conçoit en outre que le mécanisme à deux rotors qui fait l'objet de invention est susceptible d'être mis en oeuvre pour la réalisation, non plus d'une pompe, mais d'un moteur à combustion interne du type rotatif. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Pompe rotative, notamment destinée à former coeur artificiel, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison - un stator à section circulaire dont la paroi cylindrique est percée de deux paires d'orifices diamétralement opposés dans chaque paire, lesdites paires étant décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'un angle réduit - deux rotors dont chacun est constitué par un disque pourvu radialement de deux bossages diamétralement opposés qui s'étendent dans le sens angulaire suivant un angle au plus égal à l'écartement des orifices adjacents des deux paires précitées, dans le sens longitudinal sur une distance égale à deux fois l'épaisseur de chaque disque, de façon à ce que ces deux rotors soient susceptibles d'être emboîtés l'un dans l'autre à l'intérieur du stator où ils tournent de manière pratiquement étanche - et des moyens d'entraînement pour impartir à ces rotors une succession de déplacements angulaires déphasés l'un par rapport à l'autre, les bossages de celui desdits rotors qui reste immobile étant à chaque fois disposés entre les orifices adjacents des deux paires sus-mentionnées. 2. Pompe suivant la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des deux rotors est solidaire, sur la face du disque qui est opposée à la partie dépassante des bossages, d'un arbre dont l1extré- mité libre coopère avec les moyens d'entraînement. 3. Pompe suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens d'entraînement sont constitués par deux moteurs électriques du type pas à pas placés sous la dépendance d'un micro-processeur ou calculateur analogue.