Brevet FR2475645A1 — publié le 19810814

Procédé et appareil pour empêcher l'apparition de pulsations dans une pompe du type péristaltique pour injection lente de fluides. La présente invention concerne un procédé et un ap- pareil pour empêcher les pulsations dans une pompe péristaltique d'injection de fluide destinée à des injections intraveineuses lentes ou autres injections analogues. Une pompe du type péristaltique, par exemple une pompe du type péristaltique àdoigtsd'injection de fluide, est réalisée de manière à faire s'écouler un fluide à l'intérieur d'un tube elastique en fermant le tube par compression, c'est-à-dire en le pinçant, et en déplaçant successivement les points de fermeture. Quand les points de fermeture atteignent l'orifice de sortie, ils réapparaissent à l'orifice d'entrée dansle cas d'une pompe péristaltique à doigt d'injection de fluide. Quand les points de fermeture réapparaissent à l'orifice d'entrée, la fermeture par compression à l'orifice de sortie cesse. En raison des positions relatives des orifices d'entrée et de sortie, le fluide présent à l'intérieur du tube se déplace spontanément indépendamment du fonctionnement de la pompe. Une pompe du type péristaltique à doigted'injection de fluide est donc réalisée de manière que le tube soit toujours soumis à au moins un point de fermeture. Bien que l'injection du fluide soit exécutée d'une façon continue pendant que les points de fermeture se déplacent séquentiellement comme décrit ci-dessus, l'écoulement du fluide est interrompu lorsque le pincement cesse à l'orifice de sortie. En outre, dans le cas d'une pompe à doigtsd'injection de fluide, la plaque de pression vibre légèrement dans la direc- tion avant-arrière et de fines pulsations sont engendrées quand le point de fermeture passe d'un doigt à un autre. Il est pré- férable que le fluide soit fourni d'une façon continue à un débit constant dans le cas des injections intraveineuses lentes ou autres injections analogues. Il serait donc souhaitable de disposer d'une pompe d'injection de fluide du type péristaltique dans laquelle ne se manifeste aucune pulsation. C'est pourquoi l'objet principal de la présente inven- tion est de procurer un procédé et un appareil pour empêcher les pulsations dans une pompe d'injection lente de fluide du type péristaltique. Le procédé selon la présente invention pour empêcher les pulsations dans une pompe d'injection lente de fluide, du type péristaltique, consiste à créer dans le fluide des pulsa- tions opposées aux pulsations engendrées dans le fluide pendant l'injection lente du fluide par la pompe d'injection lente de fluide du type péristaltique. L'appareil selon la présente invention pour empêcher les pulsations dans une pompe d'injection lente de fluide du type péristaltique comprend un moyen monté à l'orifice de sortie de la pompe d'injection lente de fluide du type péristaltique pour créer des pulsations qui sont opposées aux pulsations du fluide. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'une pompe du type péristaltique à doigts d'injection de fluide comportant un appareil d'élimination de pulsations selon un premier-mode de. réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe par 2-2 de la pompe de type péristaltique à doigts d'injection de fluide représentée sur la figure 1; la figure 3 est une vue en plan d'excentriquesd'injec- tion de fluide; la figure 4 est une vue en plan en perspective du des- sus d'une multiplicité d'excentriques d'injection de fluide superposés; - la figure 5 est une vue en plan d'un excentrique de correction ou neutralisation de pulsations; la figure 6 est une vue en plan d'un excentrique d'injection de fluide et d' excentriquesde correction de pulsations; la figure 7 est une vue de la forme d'onde du fluide délivré par les doigts d'injection de fluide; la figure 8 est une vue de la forme d'onde de la pul- sation obtenue par les doigts de correction de pulsations; la figure 9 est une vue illustrant une variante des excentriques d'injection de fluide; la figure 10 est une vue expliquant le procédé de mesure utilisé pour concevoir le excentriques de correction de pulsations; et la figure 11 est une vue illustrant l'état dans lequel le tube est comprimé par les doigts. Dans une pompe 11 à doigts de pincement, telle que celle représentée sur la figure 1, une plaque 14 de pression est supportée par un ressort 13. En regard de cette plaque 14 de pression sont disposés des doigts 151 à 1510 d'injection de fluide et des doigts 151l et 1512 de correction de pulsations. Des trous rectangulaires 161 à 162 destinés à loger des excen- triques sont formés dans les doigts 151 L. 1512, respectivement, comme on peut le voir sur la figure 2. Des excentriques 171 à 1712 d'injection de fluide sont logés dans ces trous 161à 1612 respectivement. Chacun des excentriques 171 à 1710 comportent, comme on peut le voir sur la figure 3, une surface de poussée circulaire l9a et un trou l9b d'arbre d'excentrique. Ces excen- triques 171 à 1710 sont montés sur un arbre 18 et sont décalés d'un angle prédéterminé, par exemple 360, l'un par rapport à l'autre comme on peut le voir sur la figure 4. Sur cet arbre 18 sont également montés des excentriques 17il et 1712 loges res- pectivement dans les trous 16il et 1612 des doigts respectifs il et 15 12de correction de pulsations. Les excentriques 17 et 1712 comportent une surface de poussée 19c courbe et une surface de poussée l9d plate comme on peut le voir sur la figure 5. Les courses de ces excentriques 171l et 1712 sont calculées pour être plus courtes que celles des excentriques 171 à 1710. Les surfaces de poussée l9d plates sont disposées sur les côtés o la course est la plus courte. La figure 6 montre la relation entre l'excentrique 17 o d'injection defluide et les excentriques 17il et 1712 de correction de pulsations. En se référant à la figure 6 et si le point de course maximal, c'est-à-dire le point mort haut, de l'excentrique 17 1 est désigné par X, le point de course minimale, c'est-à-dire le point mort bas, des excentriques 171l à 1712 est désigné par Y, le point de course maximale, c'est-à-dire le point mort haut, des excentriques 17il et 1712 est désigné par Z, et la position centrale de l'arbre est désignée par 0, on voit que les excentriques 17 17il et 1712 sont disposés de manière telle que XOY est égal à 55 et que XOZ est égal à 105,40. Un tube 20 de chlorure de vinyle plastifié de 2,5 mm de diamètre intérieur et de 4,0 mm de diamètre extérieur est emprisonné entre les doigts 15î à 1512 et la plaque 14 de pression. La plaque 14 de pression pousse le tube 20 vers les doigts 15 à 1512 sous l'action de la force de sollicitation du ressort 13 de sorte que le tube 20 est fermé par compres- sion, c'est-à-dire est pincé en permanence par un des doigts 151 à 1512 d'injection de fluide.-Si, dans ces conditions, l'arbre 18 d'excentrique tourne conjointement avec les excen- triques 171 à 1712, les doigts 151 à 1512 commencent à se déplacer de manière à appliquer une action péristaltique au tube 20. Les doigts 151 à 1510 d'injection de fluide déplacent donc séquentiellement les points de fermetiure ou points de pincement 21 du tube 20. Le fluide présent à l'intérieur du tube est avancé de cette manière de l'orifice d'entrée 22 jusqu'à l'orifice de sortie 23. Quand le fluide est avancé par les doigts 151 à 10 d'injection de fluide, le débit du fluide à l'inté- rieur du tube 20 varie comme représenté sur la figure 7, c'est- à-dire que des pulsations apparaissent. Quand une forme d'onde de pulsation de phase opposée à cette forme d'onde de pulsation. (figure 8) prend naissance, les deux formes d'onde de pulsation s'annulent l'une l'autre de sorte que l'on peut obtenir une forme d'onde constante d'injection de fluide. Conformément à la pré- sente invention, la pulsation ayant une forme d'onde opposée, est engendrée par les excentriques 17 let 1712 de correction de pulsations. Quand le débit devient faible avec la forme d'onde (figure 7) du fluide avancé par les doigts 151 à 15 d'injection 1 10 de fluide, les doigts 15 let 1512 de correction de pulsation compriment le tube 20 de manière à augmenter le débit à l'orifice de sortie 23 d'une quantité égale à la variation de volume du tube aplati. Dans ce cas, au point mort haut Z des excentriques 17il et 1712 de correction de pulsations, les doigts 1511 et 1512 de cor- rection de pulsations exercent une pression. Quand le débit est important avec la forme d'onde du fluide, les doigts 15l et 1512 de correction de pulsations sont rappelés progressivement de manière à s'écarter du tube 20. Les excentriques 17il et 1712 de correction de pulsations tournent de sorte que le point mort haut Z est remplacé par le point mort bas Y. Au fur et à mesure que les doigts 15il et 1512 de correction de pulsations sont rappelés, le tube 20 reprend sa forme initiale grâce à son élasticité et le volume du fluide avancé à l'orifice de sortie 23 diminue durn quantité égale à la variation de volume du tube aplati.Le débit du fluide avancé à partir de l'orifice de sortie 23 devient constant grâce à une compression et à une dilatation du tube à l'orifice de sortie 23 selon la forme d'onde du fluide avancé. Si l'arbre 18 tourne alors que le doigt 151, en coopé- ration avec la plaque 14 de pression, ferme le tube 20 au point extrême de l'orifice d'entrée 22 dans la pompe à doigts d'action- nement du type péristaltique décrite ci-dessus, le doigt 151 est rappelé et c'est le doigt 152 qui presse le tube 20. Du fait que l'épaisseur du tube 20 est constante, la plaque 14 de pres- sion se déplace vers l'avant lorsque le premier doigt 151 est rappelé. Quand le doigt 152 avance, la plaque 14 de pression reprend sa position antérieure sous l'action du doigt 152. Si l'arbre 18 continue de tourner, le doigt 153 remplace le doigt 152 de sorte que c'est le doigt 153 au lieu du doigt 152 qui ferme le tube 20 en le comprimant. La plaque 14 de pression exécute un déplacement dans la direction avant-arrière chaque fois qu'un des doigts 151 à 15 d'injection de fluide en remplace un autre. Du fait qu'il est difficile, en raison des diverses conditions de la conception des excentriques, d'éliminer ce déplacement avant-arrière de la plaque de pres- sion sous l'action des doigts 15il et 1512 de correction de pulsations qui sont entraînés par les excentriques 17il et 1712 de correction de pulsations, il est préférable que la plaque de pression ne soit jamais soumise à ce déplacement avant-arrière. A cette fin, les excentriques 171 à 1710 de doigts d'injection de fluide forment une surface 19e en arc de cercle ayant pour centre le centre de l'arbre d'excentrique, comme on peut le voir sur la figure 9.Sionutilise des excentriques comportant une surface en arc de cercle telle que la surface 19e, les excen- triques 171 à 171o, montés sur l'arbre 18 et décalés les uns des autres d'un angle de 360, forment à leur périphérie un cercle sensiblement complet. Il en résulte que, lorsque les excentriques 171 à 1710 d'injection de fluide tournent, les doigts 151 à 1510 ne se déplacent pas au point d'imprimerà la plaque 14 de pression un mouvement dans la direction avant- arrière. On va maiLtenant décrire le procédé utilisé pour obtenir les formes des excentriques 17il et 1712 de correction de pul- sations. La figure 10 montre un procédé qui est basé sur des mesures réelles. Selon ce procédé, on avance tout d'abord le fluide en une quantité correspondant à un tour de l'arbre 18 de la pompe à doigts d'actionnement. Pendant ce temps, on avance le fluide jusqu'à un tube ultra-fin 26 par l'intermédiaire d'un dispositif 25 à piston et cylindre. On mesure en unités de longueur-le fluide avancé jusqu'au tube ultra-fin 26 et on divise cette longueurs en segments, par exemple n(lOO) segments. On définit cette longueur.e/n comme étant oh On cale" l'arbre 18 sur un angle O et on cale le niveau du flỉde à l'intérieur du tube ultra-fin 26 sur la graduation O d'une échelle 27. Dans ces conditions, on fait tourner l'arbre 18 de 360'/n(100) et on déplace les doigts 15 et 15 de correction de pulsations il.12 dans la direction avant-arrière en réglant un micromètre 28 de manière que le niveau du fuide du tube ultra-fin 26 vienne jusqu'à la position correspondant à la longueur oL de l'échelle 27. OnTi la valeur indiquée par le micromètre 28 quand le niveau du fluide du tube ultra-fin 26 est aligné avec la graduation c6 de l'échelle 27. On déplace ensuite le piston du dispositif 25, on aligne le niveau du fluide du tube ultra-fin 26 avec la valeur O de l'échelle 27 et on fait tourner de nouveau l'arbre 18 de 360'/n(100). On répète cette séquence d'opération jusqu'à ce que l'arbre ait effectué un tour complet. On obtient les déplacements des doigts de correction de pulsations par les mesures du micro- mètre quand l'arbre a tourné d'un tour complet. On conçoit ces doigts de correction de pulsations en se basant sur ces mesures. On va décrire ci-après le procédé utilisé pour obtenir par calcul les profils des excentriques de correction de pulsations. Quand le tube est comprimé dans la direction perpendiculaire à son axe, sa section droite en cours de compression prend tout d'abord la forme d'une ellipse puis d'un cercle de forme très allongée et, enfin, ressemble aux montures de lunettes immédiatement avant que le tube soit complètement comprimé, c'est-à-dire aplati. Les variations de forme diffèrent en fonction de la matière cons- tituant le tube, du rapport entre l'épaisseur de la paroi du tube et le diamètre de ce dernier, et autresélémentsanalogues. Toutefois, la tendance de base semble être la même. Dans le cas d'une pompe du type péristaltique à doigts d'injection de fluide, le débit est déterminé par les variations du volume à l'inté- rieur du tube, variation qui est elle-même déterminée par les variations de forme du tube. La variation du volume du tube est maximale lorsque la section droite du tube passe d'une forme en ellipse à une forme en cercle allongé. Par conséquent, on suppose que le volume du tube varie approximativement avec la superficie de section droite circulaire allongée du tube. La figure 11 montre la section droite circulaire du tube avant que celuici ne soit aplati par les doigts, cette section droite étant superposée à la section droite circulaire allongée du tube quand celui-ci est légèrement comprimé. La superficie de section droite du tube avant 1' aplatissement est SO, So =IR 2....(1) D'après la figure 11, 2R = a + 2r... (2) 21R = 2ril- + 2b... (3) o a est la réduction de diamètre du tube comprimé par les doigts et b est la longueur de la partie horizontale du cercle de forme allongée. La superficie de section droite du tube après compression ou après Aplatissement est S, S = frr + 2br (4) En remplaçant r et b de l'équation (4) par leur valeur tirée des équations (2) et (3), on obtient 2R - a... (2') r = 2 b Ir, a.--(3') b 21T 2 a(2R2..(5) =rR2 ar(É!)2... (51) o a est déterminé par l'angle de l'excentrique et par l'ex- centricité. Lorsque la course du doigt dans la direction avant- 24?5645 arrière est 2R et que le tube est supposé reprendre sa forme circulaire lorsque le doigt a reculé au maximum, l'excentricité de l'excentrique est R. Si le doigt a reculé au maximum lorsque l'angle de l'excentrique est de 0 , a = R - Rcos8... (6) o 9 est l'angle de l'excentrique. Si, dansl'équation (5'), on remplace a par sa valeur donnée par l'équation (6) ,on obtient S =eR2 - V1(R - Rcos () La variation v de volume du tube aplati par le doigt est obtenue par multiplication de l'épaisseur t du doigt par cette valeur pourvu que la superficie de la section droite du tube ne varie pas le long de l'axe de ce dernier. Par conséquent: v = tfR2R 1r(R - Rcos9>}... (8) Le débit est obtenu par la variation du volume du tube à l'orifice de sortie de la pompe. Quand ce doigt au point de fermeture est le nime doigt, le volume du tube:nplati par le doigt est: Vti V = t t%.2_XR-Rcos9 K K=n o 0est égai à 36 en supposant que e nombre de doigts est 10. Si on obtient la valeur de V en faisant varier n de 1 à 10,ou en divisant davantage 36 en vue d'un angle plus faible, on obtient le volume du tube pour cet angle. On peut donc obtenir le débit par angle en obtenant la différence des valeurs de V. Bien que le débit ainsi obtenu présente des pulsationsles déplacements des excentriques de correction de pulsations et des doigts sont calculés pour engendrer les pulsationsopposées. En utilisant les excentriques de correction de pulsations conçus à l'aide des mesures ou des calculs décrits ci-dessus, on empêche les pulsationsdans laL pompe du type péristaltique à doigts d'injection de fluide, de manière que l'on puisse obtenir un écoulement constant idéal pour la pompe d'injection de fluide. Ceci permet l'injection de médicaments anti-hyper- tension, l'injection d'un fluide avec un débit faiblemaiscons- tant dans le cas d'un nouveau-né ou autre cas analogue, de sorte que l'on peut éliminer les effets néfastes d'un débitirrégulier. Du fait que les excentriques de correction de pulsations peuvent aussi tre montés sur l'arbre des doigts d'injection de fluide de la pompe, le nombre de pièces requises peut être réduit. Bien que la présente invention ait été décrite dans le cas d'une application à une pompe du type péristaltique à doigts d'injection de fluide, il va de soit que la présente invention peut aussi être appliquée à une pompe du type péri- staltique à galet.d'injection de fluide. La pompe d'injection de fluide du type péristaltique est utilisée pour la transfusion du sang aussi bien que pour l'injection de fluides médicaux. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif, et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour empêcher les pulsations dans une pompe du type péristaltique pour injection lente de fluides, carac- térisé par le fait qu'il consiste: à créer des pulsations de correction ou neutralisation ayant une forme d'onde de phase opposée à la forme d'onde des pulsations qui apparaissent au. côté, de sortie de la pompe pendant que le fluide s'écoule à travers un tube d'injection lente de fluide; et à appliquer les pulsations de correction ou neutralisation ainsi créées aux tubes d'injection lente de fluide au. côté de sortie de la pompe pour éliminer les pulsations du fluide. 2. Appareil pour empêcher les pulsations dans une pompe du type péristaltique pour injection lente de fluides, compor- tant un tube élastique, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de génération de pulsationsde phase opposée monté dans la partie de la pompe qui correspond à la partie du tube o les pulsations sont engendrées afin de communiquer aủtbe des pulsations de phase opposée à celle des pulsations du fluide prenant naissance pendant l'injection lente du fluide par ladite pompe de type péristaltique pour injection lente de fluides afin d'éliminer lesdites pulsations du fluide. 3. Appareil pour empêcher les pulsations dans une pompe du type péristaltique pour injection lente de fluides suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite pompe du.type péristaltique comprend une pompe du type péristaltique à doigts d'injection de fluide constituée par des doigts s'échelonnant d'un premier à un dernier étage de doigts et que ledit moyen de génération de pulsations de phase opposée comprend au moins un doigt de correction monté dans ladite partie de la pompe de type péristaltique à doigts d'injection de fluide et communiquant au tube élastique les pulsations de phase opposée à celle des pulsations d'injection de fluide d'une façon correspondante aux variations instantanées de la distance comprise entre les parties de parois opposées du tube à l'endroit du doigt du dernier étage pendant l'injection du fluide. 4. Appareil pour empêcher les pulsations dans une pompe du type péristaltique pour injection lente de fluides suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite pompe du type péristaltique pour injection de fluides comprend une pompe du type péristaltique à doigts d'injection de fluide constituée par une multiplicité de doigts d'injection de fluide comportant chacun un trou d'excentrique, une multipli- cité d'excentriques d'injection de fluide- logés dans lesdits trous d'excentriques desdits doigts d'injection de fluide, et un arbre d'excentrique supportant lesdits excentriques décalés d'un angle fixe les uns par rapport aux autres, ledit moyen de génération de pulsations de phase opposée comprenant, d'une part, au moins un excentrique de correction de pulsations monté dans ladite partie de la pompe de type péristaltique à doigts d'injection de fluide et sur ledit arbre d'excentrique et, d'autre part, au moins un doigt de correction entrainé par ledit excentrique de correction de pulsations. 5. Appareil pour empêcher les pulsations dans une pompe du type péristaltique pour injection lente de fluidessuivant la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits excentriques d'injection de fluide comportent une surface de poussée circulaire et que lesdits excentriques de correction de pulsation comportent une surface de poussée en arc de cercle ainsi qu'une surface de poussée plate de telle sorte que ladite surface de poussée plate est associée à la course minimale. 6. Appareil pour empêcher les pulsations dans une pompe du type péristaltique pour injection lente de fluides suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit excentrique de correction de pulsation et un desdits excentriques se trouvant à proximité sont disposés de manière à présenter, d'une part, un angle XOY de 550, ledit angle XOY étant formé par un point X défini par le point mort hltdudit excentrique d'injection de fluide se trouvant à proximité, l'axe 0 dudit arbre d'excentrique, et un point Y défini par le point mort bas dudit excentrique de correction de pulsation et, d'autre part, un angle XOZ de 105,40, ledit angle XOZ étant formé par ledit point mort haut X, ledit axe 0, et un point Z défini par le point mort haut dudit excentrique de correction de pulsations. 7. Appareil pour empêcher les pulsations dans une pompe du type péristaltique pour injection lente de fluidessuivant les revendications 4 ou 6, caractérisé par le fait que lesdits excentriques d'injection de fluide comportent une surface de poussée en forme d'arc de cercle ayant pour centre l'axe de l'arbre d'excentrique.