Brevet FR2499398A1 — publié le 19820813

- 1 - Appareil et méthode pour surveiller la coagulabilité du sang, pour empcher la thromboqénèse et pour surveiller la circulation sanguine. L'invention concerne les appareils médicaux en général et plus particulièrement, des appareils et des méthodes pour mesurer et régir la coagulabilité du sang et surveiller la circulation sanguine. La formation de caillots de sang est un danger très notable pendant les opérations chirurgicales car ces caillots, s'ils se forment, pourraient obstruer des parties du système circulatoire avec des conséquences extrmement sérieuses et peut-être fatales. On sait que beaucoup de facteurs influencent la coagulation du sang et la thrombogénèse au sein du système circulatoire. L'influence de beaucoup de ces facteurs sur un patient donné à un moment donné ne peut actuellement êitre mesurée quantitativement que dans le cadre d'expériences de laboratoire. Le temps nécessaire à l'achèvement de ces expériences est plus long que celui au cours duquel il se produit des variations notables de ces facteurs chez un patient. Par suite, il n'est pas actuellement connu de surveiller en temps réel la coagulabilité du sang d'un patient et par suite, on ne connait pas en temps réel la tendance à la thro.bogénèse chez un patient subissant une opération. Aussi, on a adopté la pratique consistant à injecter des anticoagulants dans le système circulatoire de patients subissant une opération sur la base d'une information incomplète quant à la quantité d'anticoagulant qui est effectivement nécessaire à un moment donné. Habituellement, on injecte des doses d'anticoagulant plusieurs fois supérieures à ce qui est effectivement nécessaire, afin d'éviter le sérieux danger de thrombogénèse. Cette pratique a des effets secondaires négatifs sérieux, y compris le risque d'hémorragie aussi bien pendant l'opération que par la suite. - 2 - L'invention vise à fournir un appareil de surveillance en temps réel de la coagulabilité du sang d'un patient, permettant ainsi un dosage précis des anticoagulants ou l'application, au patient, d'autres techniques d'anti- coagulation. On peut aussi utiliser l'appareil pour surveiller la circulation sanguine. Ainsi, selon un mode d'exécution de l'invention, on prévoit un capteur conçu pour pouvoir s'insérer dans le système circulatoire d'un mammifère vivant et caractérisé par le fait qu'il favorise la formation de caillots sur ce capteur. En outre, selon un mode d'exécution, au capteur est associé un appareil servant à détecter des caractéris- tiques du caillot pour indiquer la tendance du sang du mammifère à se coaguler à un moment donné et à un endroit donné du système circulatoire. Les caractéristiques détectées peuvent comprendre par exemple l'épaisseur, la densité ou d'autres propriétés physiques du caillot. Selon l'invention, un capteur de température peut être conçu pour pouvoir s'insérer dans le système circula- toire d'un mammifère vivant et donne une indication des caractéristiques d'écoulement du sang à l'emplacement du capteur de température. La surface extérieure du capteur peut être revêtue d'une matière ayant des tendances connues à faciliter la formation de caillots de sang dessus. Cette matière peut être l'acier inoxydable, mais il peut aussi s'agir de toute matière ayant les caractéristiques désirées qui favorisent la formation de caillots. Selon un mode d'exécution de l'invention, le capteur peut comprendre une thermistance. On prévoit, encore selon l'invention, un circuit de détection servant à détecter la température au capteur et aussi un appareil servant à régir la température du capteur et à détecter la variation de température de - 3 celui-ci en fonction des caractéristiques de la couche de sang coagulé disposée autour de celui-ci. D'autre part, des moyens peuvent être prévus pour permettre de déterminer l'inertie thermique du capteur qui est liée de façon connue à la tendance à la coagulation du sang et à d'autres caractéristiques de circulation du sang. Cet appareil à déterminer l'inertie thermique sert à fournir au capteur un apport d'énergie électrique qui varie périodiquement. Selon une caractéristique de l'invention, cet appareil comprend des moyens permettant de détecter les propriétés électriques du capteur. Les moyens de détection peuvent comprendre des moyens servant à détecter la relation de phase entre le courant et la tension dans le capteur et des moyens servant à détecter la relation de phase à différentes fréquences, par exemple par un balayage de fréquence. L'invention concerne également des méthodes de surveillance en temps réel de la coagulabilité du sang d'un patient, consistant à insérer dans le système circulatoire d'un patient un capteur comme décrit ci-dessus et à utiliser l'appareil décrit ci-dessus pour détecter la coagulabilité du sang en temps réel. Selon l'invention, à l'appareil de détection décrit plus haut est associé un appareil servant à doser l'administration d'anticoagulants à un patient en réponse aux indications de coagulabilité fournies par l'appareil de détection. De plus, on prévoit un appareil servant à fournir un anticoagulant au voisinage du capteur, de façon réglée, et un appareil servant à détecter l'interaction dynamique entre l'amenée d'anticoagulant et le caillot sur le capteur pour fournir à la sortie une indication sur les caracté- ristiques de coagulabilité du sang. Aux fins de la description, on appelle inertie -2499398 -_ 4 - thermique le temps nécessaire à une variation de température. On comprendra plus complètement l'invention grâce à la description détaillée ci-après, considérée parallèlement aux dessins sur lesquels: La Figure l est une représentation d'un capteur placé à l'intérieur d'une partie du système circulatoire d'un patient et couplé à un circuit d'excitation et de détection, formant ainsi un appareil à surveiller la coagulabilité du sang d'un patient; La Figure 2 est une coupe du capteur de la figure 1: La-Figure 3 est un schéma d'un circuit de détection et d'excitation construit et pouvant fonctionner selon un mode d'exécution de l'invention: La Figure 4 est un schéma d'un appareil automatique de dosage d'anticoagulant construit et pouvant fonctionner selon un mode d'exécution de l'invention; La Figure 5 est un schéma-blocs d'un circuit de détection et d'excitation construit et pouvant fonctionner selon un mode d'exécution de l'invention g et La Figure 6 est un schéma-blocs d'un appareil à interaction de dosage d'anticoagulant et de détection dynamique construit et pouvant fonctionner selon un mode d'exécution de l'invention. On se référera maintenant à la figure 1 qui représente un appareil à surveiller la coagulabilité du sang d'un patient, construit et pouvant fonctionner selon un mode d'exécution de l'invention et comprenant un capteur tel qu'un détecteur de température 10 inséré dans le système circulatoire du patient, par exemple dans une artère* Le détecteur de température 10 est relié à un circuit d'excitation et de détection 12 que l'on décrira ci-après en détail. Un affichage visuel 14 est prévu pour indiquer une mesure de la coagulabilité du sang du patient en temps réel. On comprendra que des mesures d'écoulement du sang à un endroit donné du système circulatoire d'un patient -5- peuvent aussi être fournies par l'appareil représenté. La figure 2 montre en agrandissement un détecteur de température 20 tel qu'une thermistance, revêtu d'une matière telle que l'acier inoxydable qui tend à causer la coagulation du sang dessus. Au lieu de cela ou en outre, la surface du détecteur ou capteur peut être dépolie ou traitée autrement pour faciliter la formation de caillots dessus. Comme l'indique la figure 2, le sang coagulé tend & former une couche entourant le détecteur de température et agissant comme isolant thermique entre celui- ci et le sang en écoulement, contribuant ainsi & l'inertie thermique du détecteur, Le degré d'isolation thermique causé par la couche de sang coagulé peut être mesuré par le détecteur de température 20 et fournit une indication de la quantité de sang coagulé recueillie autour de celui- ci, indiquant donc la coagulabilité du sang du patient à un moment donné, en temps réel. On comprend que l'épaisseur, la densité ou d'autres propriétés physiques de la couche de sang coagulé entourant le détecteur de température varient en fonction de la tendance présente du sang à se coaguler. Ainsi, la couche de sang coagulé est un phénomène dynamique et son épaisseur, sa densité ou d'autres propriétés physiques peuvent augmenter ou diminuer même en des laps de tempe relativement courts. On comprend aussi que l'appareil de la figure 2, sans la couche de sang coagulé ou avec une telle couche, peut servir à mesurer l'écoulement du sang à un endroit donné du système circulatoire. Pour les mesures de coagulabilité du sang comme pour les mesures d'écoulement, le détecteur de température mesure l'inertie thermique à l'endroit o il se trouve. Cette mesure fournit une indication sur l'écoulement du sang ou sur le degré d'isolation causé par une couche de sang coagulé. De préférence, le capteur est fabriqué de manière à avoir une inertie thermique prédéterminée. - 6- On se référera maintenant à la figure 3 qui représente schématiquement un circuit de détection et d'excitation construit et pouvant fonctionner selon un mode d'exécution de l'invention et comprenant un générateur de tension 30 capable de fournir une tension additionnée, continue et sinusoldale, à une thermistance 32 ou à un autre détecteur de température qui est introduit dans le système circula- toire du patient. La thermistance 32 est aussi couplée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 34. La valeur de la résistance 34 est de préférence choisie très inférieure à celle de la résistance électrique de la thermistance. Un détecteur de phase 36 reçoit du générateur 30 les composantes sinusoïdales de la tension d'entrée et, de la résistance 34, une tension qui est proportionnelle au courant traversant la thermistance 32. Le courant traversant la thermistance 32 est inversement proportionnel à la résistance électrique de la thermistance et fournit comme sortie une différence de phase qui indique l'inertie thermique de la theraistance. On comprend que le-détecteur de phase peut être conçu pour détecter des différences de phase entre divers paramètres électriques du capteur ou entre des paramètres identiques de différents conducteurs du capteur. On notera aussi que les termes 'capteur' et détecteur' sont utilisés ici de façon interchangeable. La sortie du détecteur de phase 36 peut être étalonnée de manière à indiquer la coagulabilité en temps téel du sang d'un mammifère ou le débit sanguin ou d'autres propriétés du sang en circulation à un endroit prédéterminé du système circulatoire d'un mammifère.La sortie du détecteur de phase 36 peut être couplée à un affichage visuel ou acoustique et au lieu de cela ou en outre, à un appareil enregistreur ou avertisseur (non représenté). Une tension d'entrée à fréquence variable peut aussi être prévue et la relation entre la sortie et la fréquence de _ 7 _ la tension d'entrée peut être détectée et utilisée comme paramètre de commande. On se référera maintenant à la figure 4 qui représente un appareil doseur automatique d'anticoagulant construit et pouvant fonctionner selon un mode d'exécution de l'invention. De façon similaire à celui de la figure 3, cet appareil comprend un générateur de tension 30 qui fournit à une thermistance 32 une tension additionnée, continue et sinusoïdale. La thermistance est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 34 dont la valeur est très inférieure à celle de la résistance électrique de la thermistance 32. Un détecteur de différence de phase constituant aussi un convertisseur de sortie 38, reçoit les diverses entrées du générateur 30 et de la thermistance 32 et fournit un signal de sortie représentatif de la différence de phase entre elles, en tant que signal de commande, à un appareil doseur automatique 40 qui agit de manière à assurer un dosage convenablement étalonné d'une substance anticoagu- lante administrée au patient. L'appareil doseur automatique peut être entièrement classique et peut comprendre une valve électrique commandée par la tension. On se référera maintenant à la figure 5 qui représente un circuit d'excitation et de détection destiné à servir dans l'invention et comprenant un générateur de tension 55 qui fournit des impulsions rectangulaires, par l'intermé- diaire d'une résistance 57, à la thermistance 32 qui est insérée dans le système circulatoire du patient. Un circuit de détection 59 reçoit une tension de la thermistance 32 et fournit une sortie conformément aux variations de la tension d'entrée venant de la thermistance 32, derrière les fronts des impulsions rectangulaires engendrées par le générateur 550 Un exemple d'une variation détectée dans la tension d'entrée venant de la thermistance est la différence entre les deux valeurs momentanées de la 8- tension d'entrée au bout de deux intervalles de temps prédéterminés qui suivent les fronts d'impulsion. On se référera maintenant à la figure 6 qui représente un appareil à interaction de dosage d'anticoagulant et de détection dynamique construit et pouvant fonctionner selon un mode d'exécution de l'invention. L'appareil utilise un capteur 50 tel qu'une thermistance, inséré dans un vaisseau sanguin 52 ou une autre partie du système circulatoire d'un mammifère. L'appareil doseur 54 peut être conçu pour amener au sang une quantité d'anticoagulant 56, spécialement au voisinage du capteur 50, conformément à des instructions de commande qui déterminent la quantité et le rythme de cette amenée. Un indicateur de dose 61 peut être prévu pour indiquer le dosage d'anticoagulants ou autres médicaments administrés au patient, pour permettre d'établir, par exemple au moyen de l'appareil 63, une corrélation entre la coagulation du sang et ce dosage de médicament. Un régulateur de dosage 53 commande le fonctionnement de l'appareil doseur 54 et est commandé à son tour par un circuit comparateur 60. Le circuit comparateur 60 reçoit d'un circuit de commande de programme 62 une entrée qui contient typiquement des instructions quant aux quantités et au rythme de l'amenée d'anticoagulant au voisinage du capteur 50 dans des conditions prédéterminées de coagulabilité détectée. Le circuit comparateur 60 reçoit aussi une entrée d'un appareil de détection 64 tel qu'un appareil de détection de différence de phase du type décrit plus haut, qui indique l'inertie thermique au niveau du capteur 50, en temps réel. Le circuit compara- teur 60 est conçu pour modifier et régir la fourniture d'anticoagulant par l'appareil doseur 54 en réponse à la coagulabilité détectée du sang indiquée par le capteur 50. On comprend que le système représenté par la figure 6 assure une détection dynamique à interaction de la 9 9- réponse du sang du patient à lVamenée d'anticoagulantse On peut aussi comprendre que l'on peut faire varier l'amenée d'anticoagulant de façon connue, périodique ou non périodique, et que l'on peut la commander par exemple de manière à ramener périodiquement à zéro le caillot de sang formé sur le capteur 50 et à permettre ainsi des mesures dynamiques de l'activité de coagulation. La régulation de l'amenée d'anticoagulant peut s'effectuer automatiquement en réponse à ces mesures. On peut aussi prévoir un appareil indicateur de dosage d'anticoagulant 66 conçu pour déterminer le dosage nécessaire d'anticoagulant conformément à un état désiré de coagulabi- lité du sang ou conformément à un état programé du caillot à la surface du capteur. Selon l'invention, on propose diverses méthodes pour le fonctionnement de l'appareil de la figure 5, permettant d'effectuer des mesures dynamiques de l'activité de coagulation du sang et de l'efficacité avec laquelle les anticoagulants dissolvent les caillots et diminuent l'activité de coagulation. L'homme de l'art comprendra que l'invention n'est pas limitée à ce qui est représenté et décrit en particulier. - 10 - REVENDICATIONS 1.- Capteur de coagulabilité du sang, caractérisé en ce qu'il est conçu pour être inséré dans le système circulatoire d'un mammifère vivant de manière à fournir comme sortie une indication de la coagulabilité du sang en circulation en réponse à des caractéristiques détectées d'un caillot de sang formé sur le capteur 32. 2.- Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de température, tel qu'une thermistance, ladite thermistance pouvant avoir une surface extérieure qui est formée d'une matière ayant des tendances connues pour faciliter la formation de caillots de sang dessus, par exemple en acier inoxydable, ou qui est traitée de manière à faciliter ladite formation de caillots, et à avoir une inertie thermique prédéterminée et connue. 3.- Capteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les caractéristiques détectées comprennent au moins l'inertie thermique du capteur avec le caillot formé dessus et l'épaisseur et/ou la densité du caillot, lesdites caractéristiques détectées étant liées de façon connue à la tendance du sang du mammifère à se coaguler à un moment donné et à un endroit donné du système circulatoire. 4.- Appareil à surveiller en temps réel des caractéristiques du sang d'un mammifère, caractérisé en ce qu'il comprend z - un capteur 32 selon l'une des revendications 1 à 3, - un circuit de détection recevant la sortie du capteur et fournissant comme sortie une indication sensible de la tendance du sang à se coaguler, en temps réel, - des moyens 30 permettant d'assurer un flux de chaleur de ou vers le capteur, constitués par exemple par des moyens servant à fournir au capteur une entrée électrique qui varie périodiquement, - des moyens permettant de détecter la variation d'inertie thermique du capteur en fonction des caractéris- tiques du sang coagulé déposé dessus, et - des moyens permettant de déterminer l'inertie thermique du capteur et du caillot de sang réunis de manière à indiquer des propriétés du sang en circulation en contact avec lui. 5.- Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de détection comprend des moyens permettant de détecter les propriétés électriques du capteur, des moyens 36 permettant de détecter la relation de phase entre différents paramètres électriques du capteur, les paramètres électriques comprenant des composantes variables de courant et de tension, des moyens permettant de détecter lesdits paramètres électriques sur différents conducteurs du capteur, et des moyens permettant de détecter la relation de phase à plusieurs fréquences différentes. 6.- Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'entrée électrique comprend des impulsions rectangulaires, et en ce que le circuit de détection comprend X - des moyens permettant de déterminer l'inertie thermique du capteur et du sang coagulé réunis en fonction de variations dans une sortie électrique du capteur, derrière les fronts des impulsions rectangulaires, et - des moyens 54 permettant d'amener de l'anticoagulant au système circulatoire, par exemple au voisinage du capteur, et éventuellement d'une manière qui varie dans le temps et de façon telle que les caractéristiques du caillot de sang porté par le capteur varient de façon prédéterminée, par exemple en se dissolvant de façon périodique. 7.Appareil selon la revendication 6, caractérisé -12 - en ce que le circuit de détection est conçu pour déterminer la tendance du sang à se coaguler sur la base de la relation d'interaction et dynamique des variations dans l'amenée d'anticoagulant et des variations dans les caractéristiques du caillot de sang, et en ce qu'il est conçu pour détecter des caractéristiques du caillot de sang à un moment prédéterminé après une amenée d'anticoagulant au système circulatoire et pour assurer, à la sortie, une indication de la tendance du sang à se coaguler sur la base de la nature dynamique des caractéristiques détectées. 8.- Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend aussi des moyens d'indica- tion de dosage conçus pour indiquer un dosage nécessaire d'anticoagulant en réponse à la sortie du circuit de détection, lesdits moyens d'indication de dosage étant conçus soit pour déterminer le dosage nécessaire en fonction du débit d'amenée d'anticoagulant qui, d'après la détection, est apte à maintenir le caillot de sang dans un état statique donné, soit pour déterminer le dosage nécessaire en fonction du débit dynamique d'amenée d'anticoagulant qui est apte à maintenir uniforme, dans le temps, la tendance du sang à se coaguler. 9.- Appareil selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend aussi des moyens servant à détecter des facteurs supplémentaires qui peuvent influencer la coagulabilité du sang, en temps réel, tels des moyens 50 servant à détecter le dosage de médicaments amenés au système circulatoire du mammifère, et des moyens 63 permettant de mettre en corrélation les facteurs supplémentaires avec la coagulabilité détectée du sang. 10.- Méthode de surveillance en temps réel de la coagulabilité du sang d'un mammifère, caractérisée par les étapes suivantes: - insérer un capteur selon l'une des revendications 1 à 3 dans le système circulatoire du mammifère, - 13- - détecter l'inertie thermique du capteur pour indiquer la coagulabilité du sang, en temps réel, au moins une fois. l1.- Méthode selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle consiste en outre a - à amener de l'anticoagulant au système circulatoire, - à détecter la relation dynamique entre l'amenée d'anticoagulant et la coagulabilité du sang, - à déterminer un dosage désiré d'anticoagulant sur la base de la sortie détectée du capteur, l'étape de détermination consistant, soit à déterminer le dosage nécessaire en fonction du débit d'amenée d'anticoagulant qui, d'après la détection, est apte à maintenir le caillot dans un état statique donné, soit à déterminer le dosage nécessaire en fonction du débit dynamique d'amenée d'anticoagulant qui est apte à maintenir uniforme, dans le temps, la tendance du sang à se coaguler, et - à assurer l'administration au patient du dosage voulu d'anticoagulant. 12.- Méthode de détermination de caractéristiques d'écoulement du sang, caractérisée par les étapes suivantes s - insérer un capteur dans le système circulatoire du patient, et - détecter au moins une fois l'inertie thermique du capteur pour indiquer des caractéristiques d'écoulement du sang.