Brevet FR2530838A1 — publié le 19840127

Dispositif de commande pneumatique séquentielle, alimenté en ener Rie électrique, pour prothèse cardiaque totale constituée par un ensemble monobloc biventriculaire à fonctionnement pneumatique La présente invention concerne un dispositif de com- mande pneumatique séquentielle, alimenté en énergie élec- trique, pour prothèse cardiaque totale constituée par un ensemble monobloc biventriculaire à fonctionnement pneuma- tique. Des prothèses cardiaques totales du genre précité sont déjà connues, dont le fonctionnement s'effectue par déplacement de membranes souples sous l Vaction d'un fluide pneumatique de commande qui doit Otre distribué à la pro- thèse selon une séquence et dans des conditions prédéter- minées, en fonction de l'activité de la personne La dis- tribution de ce fluide pneumatique doit pouvofr être effectuée à partir d'une source d'énergie autonome pour assurer l'autonomie de la personne pendant des laps de temps relativement courts (par exemple de l'ordre d'une heure) Bien que diverses sources énergétiques puissent satisfaire ce besoin, il semble qu'il faille, dans l'état actuel des besoins, donner la préférence à l'énergie élec- trique apte à 8 tre disponible soit à partir de réserves autonomes (piles, batteries) pendant les laps de temps d'autonomie de la personne, soit à partir du secteur le reste du temps. L'invention a donc essentiellement pour but la réali- sation d'un dispositif du genre précité (ou convertisseur électropneumatique séquentiel commandé) apte à être conte- nu dans au moins un bottier étanche implantable dans le corps humain, pour la commande d'une prothèse cardiaque totale à fonctionnement pneumatique. Le dispositif de l'invention se caractérise en ce qu'il comprend une enceinte formant réserve de fluide moteur délimitée par une paroi au moins partiellement sou- ple soumise à la pression interne du corps humain, ce grace à quoi la pression initiale du fluide moteur est en permanence asservie à ladite pression interne du corps, qui sert de pression de référence. Le recours à une telle pression de référence est indispensable pour assurer le fonctionnement convenable de la prothèse cardiaque dans toutes les conditions ambiantes envisageables: la conception du dispositif conformément à l'invention permet d'obtenir cette réfé- rence d'une manière mécanique simple et remarquablement sare, peu coiteuse, sans recours à des systèmes électroni- ques complexes. Il est ainsi possible que la pression de référence varie en fonction de la pression ambiante dans laquelle se trouve plongé le porteur de prothèse, notamment en fonc- tion de l'altitude La nécessité de disposer de cette ré- férence en permanence tient au fait que les pressions diastolique et systolique du sang dans le corps humain doi- vent être établies par rapport à la pression du milieu am- biant, afin d'éviter des troubles pulmonaires graves, voire mortels, en cas de déséquilibre de ces pressions. De préférence, il est prévu des moyens de support pour maintenir allongée la paroi souple ou la partie sou- ple de la paroi de la réserve lorsque la quantité de gaz contenue dans la réserve est faible, de manière que la pa- roi puisse se déformer librement, même après une période longue au cours de laquelle le volume de la réserve aurait peu varié (altitude constante). Dans un mode de réalisation avantageux, la réserve de gaz est constituée en partie par le bottier rigide du dis- positif et en partie par une poche souple raccordée de fa- çon étanche audit bottier On réduit ainsi au strict mini- mum le volume de la partie souple de la réserve de manière que l'ensemble prothèse-dispositif de commande soit le plus compact possible. Dans un exemple de réalisation, le dispositif de l'invention comprend: une pompe pneumatique, au moins une valve principale de distribution du fluide sous pression délivré par la pompe, au moins un moteur électrique d'actionnement de ladite valve, un détecteur de pression de référence, un détecteur d'au moins une condition fonctionnelle, et des moyens de contr 8 le dont les entrées sont raccor- dées auxdits détecteurs de pression de référence et de condition fonctionnelle et dont les sorties sont connec- tées à la pompe pneumatique et au moteur de valve. Avantageusement alors, les moyens de contrôle sont élec- troniques et les détecteurs sont agencés pour délivrer des signaux électriques. Pour économiser la place, les moyens de support de la paroi souple comprennent une cloison rigide ou semi-rigide et les circuits électriques du dispositif sont portés par cette cloison, constituée notamment sous forme d'une plaque à circuits imprimés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réali- sation donnés uniquement à titre d'exemples non limita- tifs Dans cette description, on se réfère aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un dis- positif agencé conformément à l'invention, la figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation préféré conforme à l'invention, les figures 3 à 6 sont des schémas de différentes varian- tes possibles du dispositif de la figure 2, et la figure 7 est un schémabloc du dispositif électronique de commande faisant partie du mode de réalisation de la figure 3. A la figure 1, un dispositif de commande pneumatique séquentielle 1 est destiné à commander, par l'intermédiai- re d'au moins une conduite pneumatique 2 et d'une boucle d'asservissement 3, une prothèse cardiaque totale 4 cons- tituée par un ensemble monobloc biventriculaire à fonction- nement pneumatique, telle que par exemple la prothèse dé- crite dans la demande de brevet FR 79 01529 (publiée sous le numéro 2 446 631) et son addition FR 79 29365 (publiée sous le numéro 2 470 593) - Le dispositif 1 est-contenu dans un bottier étanche 5 qui est apte (notamment pour ce qui concerne sa forme et la nature de son matériau constitutif) à être implanté dans le corps humain, au même titre que la prothèse car- diaque totale 4 De ce fait, la densité de l'ensemble dis- positif-bottier doit être sensiblement la m Ome que celle de la région du corps (zone pulmonaire) dans laquelle il sera mis en place. Le dispositif 1 est alimenté en énergie électrique, par l'intermédiaire d'une liaison 6, à partir d'une source d'énergie électrique 7 qui est soit extérieure au corps humain dans le cas oh elle est constituée de piles ou d'une batterie d'accumulateurs classiques dont le poids est rela- tivement élevé (trop élevé pour pouvoir être implanté à l'intérieur du corps), soit intérieure au corps humain dans le cas o elle est constituée d'éléments générateurs de très faible poids. Pour autoriser le fonctionnement du dispositif de com- mande pneumatique séquentielle 1, il est nécessaire de lui associer une réserve de gaz moteur 8 communiquant avec le volume intérieur du bottier 5 à l'aide d'une conduite 9. La réserve 8 est constituée par une enceinte ou poche sou- ple qui est constituée en un matériau biocompatible (par exemple un polyuréthane hémocompatible) et qui est implantée dans le corps humain, de la même manière que la prothèse 4 et le bottier 5 Du fait m Ome des possibilités de déformation de la poche souple, le gaz moteur qui y est renfermé est en permanence à une pression identique à la pression interne du corps, ou tout au moins asservie à ladite pression interne, laquelle varie avec la pression du lieu o se trouve l'individu Ainsi, en raison de la présence de la liaison 9, la pression interne du corps est prise en compte en tant que pression de référence par le dispositif de commande 1. Pour diminuer l'encombrement général du dispositif et faciliter éventuellement son implantation dans le corps, on prévoit, dans un mode de réalisation préféré représenté à la figure 2, de regrouper le bottier 5 et la réserve de gaz 8 de manière à constituer un ensemble monobloe 10 à paroi partie rigide 11, partie souple 12, raccordées l'une à l'autre de façon étanche Autrement dit, on utilise l'espace libre disponible à l'intérieur du bo ter rigide en tant queréserve de gaz moteur. Par ailleurs, le dispositif de la figure 2 est cons- titué de la même manière que celui de la figure 1, et les mêmes références numériques ont été conservées pour dési- gner les mêmes organes. On notera qu'il est souhaitable que la paroi souple puisse se déformer librement, m 8 me après une période lon- gue au cours de laquelle le volume de la réserve aurait peu varié (par exemple si le porteur de prothèse reste à une altitude constante) Dans ce but, on prévoit un organe de support s'étendant à l'intérieur de la partie souple A titre d'exemple, comme représenté sur la figure 2, il est intéressant, pour ne pas accrottre le nombre des pièces composantes du dispositif et augmenter son poids, que ledit organe de support soit tout simplement constitué par une plaque 13, notamment pour tout ou partie une plaque à cir- cuits imprimés, fixée sur la partie mécanique du dispositif de commande pneumatique séquentielle 1 et supportant toute la partie électronique 14 et éventuellement d'autres orga- nes, nécessaires au contr 8 le et/ou à la commande du dispo- sitif 1. On va maintenant décrire un certain nombre de modes de réalisation particuliers, représentés aux figures 3 à 6, qui constituent des variantes du mode de réalisation préfe- ré de la figure 2. Sur les figures 3 à 6, le dispositif est donc incorpo- ré dans un ensemble monobloc 10 à paroi partie rigide 119 partie souple 12, constituant la réserve de gaz moteur maintenue en permanence à la pression interne du corps grâce à la paroi souple 12 Toutefois, pour clarifier les dessins et permettre une représentation fonctionnelle de certains blocs de contr 8 le et/ou de commande, notamment d'électronique, qui, comme on l'a mentionné précédemment, sont de préférence disposés sur une plaque à circuits im- primés 13 faisan-L simultanément office de support de la paroi souple 12, ladite plaque à circuits imprimés n'a pas été représentée. Sur les figures 3 à 6, les organes identiques à ceux des figures I et/ou 2 sont désignés à l'aide des mêmes ré- férences numériques. Bn se reportant tout d'abord à la figure 3, la partie électronique 14 comprend'en premier lieu une alimentation électrique 15 raccordée, d'une part, à la source extérieure 7 (non représentée) et, d'autre part, à une source inté- rieure 16 de secours Du fait que la source extérieure 7 peut posséder des caractéristiques différentes (source électrique continue, source électrique alternative telle que le secteur à fréquence de 50 ou 60 Hz), l'alimentation comprend tous les moyens redresseurs, tous les moyens abaisseurs de tension, tous les moyens de commutation au- tomatique source continue/source alternative et source ex- térieure/source intérieure de secours, qui sont nécessai- res à assurer en permanence et sensiblement sans disconti- nuité la fourniture de l'énergie électrique adéquate au fonctionnement du dispositif de l'invention. De préférence, l'alimentation 15 comprend également un dispositif de charge de batterie relié à la source 16 et maintenant celle-ci à l'état de pleine charge tant que l'énergie électrique est fournie par la source extérieure 7. la sortie de l'alimentation 15 est raccordée à l'en- trée de puissance d'un dispositif électronique de commande séquentielle 17, lequel présente par ailleurs trois entrées d'informations: deux entrées, reliées à la prothèse car- diaque totale 4 par des liaisons 3 a et 3 b, reçoivent les informations de pression respectivement du ventricule droit et du ventricule gauche de la prothèse et la troisième en- trée reçoit l'information de pression-(servant de pression de référence) de la réserve de gaz moteur, information qui est fournie par un capteur 18. La partie pneumatique 1 du dispositif de l'invention comprend une pompe pneumatique 19 entrainée par un moteur électrique 20 Un distributeur pneumatique tournant 21 du type à deux positions (liaisons directes et liaisons croi- sées) et à deux circuits, entratné par un moteur électri- que 22, relie la pompe 19, d'une part, par l'un des cir- cuits, à la réserve de gaz moteur (liaison 23) et, d'autre part, par l'autre circuit, à la prothèse cardiaque 4 (liai- son 24). Le moteur éleotrique 20 de la pompe pneumatique 19 et- le moteur électrique 22 du distributeur tournant 21 sont raccordés à des sorties respectives du dispositif électro- nique de commande séquentielle 17. Le dispositif électronique de commande séquentielle 17 délivre l'énergie électrique aux moteurs 20 et 22 sé- quentiellement en fonction des informations parvenant sur ses entrées de manière que le rythme de fonctionnement de la prothèse cardiaque ainsi commandée soit adapté aux né- cessités de vie du porteur de prothèse (effort physique, variation d'altitude, etc). Le dispositif qui vient d'itre décrit et qui est re- présenté à la figure 3, présentant une seule voie d'utili- sation, convient pour la commande d'une prothèse cardiaque totale du type mono-activé, c'est-à-dire dans laquelle les deux ventricules présentent une paroi commune constituée par une membrane unique nécessitant une seule source d'ac- tivation. Par contre, en se référant aux figures 4 à 6, on va maintenant décrire des dispositifs conformes à l'invention agencés pour la commande d'une prothèse cardiaque totale du type bi-activé, c'est-à-dire dans laquelle les deux ven- tricules présentent chacun une membrane d'activation, ce qui nécessite donc deux sources d'activation sensiblement en oppositionde phase. Les dispositifs représentés aux figures 4 à 6 possè- dent une structure générale sensiblement analogue à celle du dispositif de la figure 3; les mêmes références numé- riques sont donc conservées pour désigner les organes identiques, les organes de structure différente mais fonc- tionnellement identiques conservant les m 9 mes références numériques affectées de ', ", "' respectivement sur les figures 4, 5 et 6 - Le dispositif représenté à la figure 4 comporte un distributeur tournant 21 ' à deux positions (directe et croisée) et à deux circuits et point milieu relié à la bâ- che (réserve de gaz moteur); ces deux circuits relient la pompe respectivement aux deux chambres pneumatiques qui sont associées respectivement aux deux ventricules de la prothèse cardiaque bi-activée 4 ' (liaisons 24 'a et 24 'b). Le dispositif représenté à la figure 5 comporte un distributeur tournant 21 " à deux positions (directe et croisée) et à deux circuits reliant la pompe 19, respecti- vement par les liaisons 24 'a et 24 'b, aux deux chambres pneumatiques de la prothèse cardiaque bi-activée 41. Un second distributeur toarnant 25, entra né par un moteur 26, est monté en parallèle avec le distributeur 21 " aux bornes d'entrée et de sortie de la pompe 19 Le distributeur 25 est,à trois positios et permnet -de relier à la btche (réserve de gaz moteur) l'une ou l'autre des bornes d'entrée ou de sortie de la pompe 19, avec en outre une position neutre centrale. De plus, le dispositif électronique de commande sé- quentielle 17 " possède une troisième sortie raccordée au moteur 26 du second distributeur pour la commande séquen- tielle de celui-ci. Le distributeur pneumatique 25 a pour r 8 le de mettre cycliquement l'entrée ou la sortie de la pompe 19 en commu- nication avec la réserve de gaz, de manière à créer une lé- gère dépression au niveau des membranes ventriculaires pour faciliter l'arrivée du sang dans la prothèse cardiaque. Enfin, le dispositif représenté à la figure 6 est constitué de la même manière que celui de la figure 5, à cette exception que le distributeur 21 " de la figure 5 est ici remplacé par deux distributeurs 27 et 28 disposés res- pectivement sur les deux voies de liaison de la pompe 19 à la prothèse cardiaque Compte tenu du schéma réalisé, les trois distributeurs 25, 27 et 28 peuvent être identiques et constitués par des distributeurs tournants à deux posi- tions, les distributeurs 27 et 28 étant entraînés respec- tivement par deux moteurs 29, 30 reliés respectivement à deux sorties distinctes du dispositif électronique de com- mande séquentielle 17 "'. Bien entendu, dans tous les modes de réalisation qui viennent dtêtre décrits, les distributeurs tournants peu- vent être remplacés en tout ou partie par des distributeurs à tiroir, le choix étant guidé par la prise en compte de différents facteurs (fiabilité, prix de revient, approche d'un fonctionnement le plus voisin possible de la nature, etc). Pour ce qui concerne le dispositif électronique de commande séquentielle (dispositif 17 de la figure 3, 17 de la figure 4, 17 " de la figure 5 et 17 "' de la figure 6), son fonctionnement dépend de la prothèse cardiaque utili- sée; mais, quelle que soit cette dernière, il mesure la différence entre la pression de chaque ven- tricule et la pression de référence ambiante, il compare ces écarts de pression à des valeurs maximale et minimale qu'il a mémorisées, et il détermine la vitesse du moteur 20 de la pompe 19 et la position du moteur 22 du distributeur 21. A titre d'exemple purement illustratif, la figure 7 montre, sous forme d'un schéma-bloc, un exemple de réali- sation du dispositif électronique de commande séquentielle 17 de la figure 3. Le dispositif 17 comprend deux soustracteurs 31, 32 comportant chacun deux entrées: les entrées du soustrac- teur 31 reçoivent respectivement des signaux électriques représentatifs de la pression PD dans le ventricule droit et de la pression de référence Préfv tandis que les entrées du soustracteur 32 reçoivent respectivement des signaux électriques représentatifs de la pression P dans le ven- tricule gauche et de la pression de référence Préf' Le dispositif 17 comprend également une mémoire 33 conservant des valeurs minimales et maximales admissibles pour les pressions dans les ventricules droit et gauche. Sont prévus également quatre comparateurs 34 à 37 ap- tes à comparer les écarts de pression aux valeurs mémori- sées; autrement dit: les deux entrées du comparateur 34 sont raccordées res- pectivement à la sortie du soustracteur 31 et à la borne de sortie de la mémoire 33 fournissant un signal repré- sentatif de la pression maximale admissible dans le ven- tricule droit PD maxi; les deux entrées du comparateur 35 sont raccordées res- pectivement à la sortie du soustracteur 31 et à la borne de sortie de la mémoire 33 fournissant un signal repré- sentatif de la pression minimale admissible dans le ven- tricule droit PD mini; les deux entrées du comparateur 36 sont raccordées res- pectivement à la sortie du soustracteur 32 et à la borne de sortie de la mémoire 33 fournissant un signal repré- sentatif de la pression maximale admissible dans le ven- tricule gauche PG maxi; les deux entrées du comparateur 37 sont raccordées res- pectivement à la borne de sortie du soustracteur 32 et à, la borne de sortie de la mémoire 33 fournissant un signal représentatif de la pression minimale admissible dans le ventricule gauche PG mini' Enfin, les sorties des comparateurs 34, 35 sont rac- cordées respectivement aux deux entrées d'un amplificateur de puissance 38 dont la sortie commande le moteur 20 de la pompe 19, tandis que les deux sorties des comparateurs 36, 37 sont raccordées respectivement aux deux entrées d'-n amplificateur de puissance 39 dont la sortie commande le moteur 22 du distributeur pneumatique 21. Bien entendu, l'homme de l'art peut déduire, du sché- ma du dispositif 17 de la figure 3, des schémas équivalents pour les dispositifs 17 de la figure 4, 17 " de la figure 5 et 17 "' de la figure 6. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs dé- jà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDIOATIONS 1 Dispositif de commande pneumatique séquentielle, alimenté en énergie électrique, pour prothèse cardiaque totale ( 4, 4 ') constitu 6 e par un ensemble monobloc biven- triculaire à fonctionnement pneumatique, ce dispositif étant contenu dans au moins un bottier étanche ( 5, 10) im- plantable dans le corps humain, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte formant réserve de fluide moteur dé- limitée par une paroi au moins partiellement souple ( 8, 12) soumise à la pression interne du corps humain, ce grâ- ce à quoi la pression initiale du fluide moteur est en permanence asservie à ladite pression interne du corps, qui sert de pression de référence. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réserve de gaz est constituée en partie par le bottier rigide ( 11) du dispositif et en partie par une poche souple ( 12) raccordée de façon étanche audit bottier. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens de support ( 13) pour maintenir allongée la paroi souple ou la partie souple de la paroi de la réserve lorsque la quantité de gaz contenue dans la réserve est faible. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend: une pompe pneumatique ( 19) entratnée par un moteur ( 20), au moins une valve principale ( 21; 21 '; 21 "; 27, 28) de distribution du fluide sous pression délivré par la pompe ( 19), au moins un moteur électrique ( 22; 29, 30) d'actionne- ment de ladite valve, un détecteur de pression de référence ( 18), un détecteur d'au moins une condition fonctionnelle ( 4, 4 ' et liaisons 3 a, 3 b), et des moyens de contr 8 le ( 17, 17 ", 17 '") dont les en- trées sont raccordées auxdits détecteurs de pression de référence et de condition fonctionnelle et dont les sor- ties sont connectées aux moteurs ( 20; 22; 29,30)delapoepe pneumatique ( 19) et de lavalve ( 21; 21 '; 21 "; 27, 28). Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de contr 8 le ( 17, 17 ", 17 ") sont électroniques et en ce que les détecteurs sont agencés pour délivrer des signaux électriques E 6 ' Dispositif selon l es revendications 2 et 5, ca- ractérisé en ce que les moyens de support de la paroi sou- ple comprennent une cloison ( 13) rigide ou semi-rigide et en ce que les circuits électriques ( 14) du dispositif sont portés par cette cloison, constituée notamment sous forme d'une plaque à circuits imprimés. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 6 caractérisé en ce qu'une valve auxiliaire ( 25) commandée par les moyens de contr 81 e ( 17 ", 17 ") est bran- chée en parallèle sur la valve principale ( 21 "; 27, 28) pour relier cycliquement à la réserve de fluide le circuit pneumatique d'alimentation de la prothèse cardiaque totale ( 4 ').