Brevet FR2536798A1 — publié le 19840601

La pré-sente invention c.oncerne une pompe à usage médico-chirurgical à commande sêquentielle, utilisable en particulier en milieu hospitaliev-.pour assurer, à faible débit continu, l'alimentation entérale de certains malades, ou bien l'administration de médicaments par perfusion ou par d'autres moyens. Une pompe de ce type comporte d'une manière clas- sique un rotor pourvu d'une rainure périphérique, dans laquelle est logée une tubulure où passe le produit liquide destiné au malade et. dont la compression alternée est assurée soit par étirement, soit à l'aide de galets.# Dans les réalisations connues, les pompes sont entraînées soit par des moteurs à c-ourant continu, coopérant avec des variations de vitess-es de structures très-compliquées et de prix de revient très élevés à cause des grands rapports de démulti- plication, soit également par des moteurs pas-à-pas assurant la variation de débit de la pompe par variation de leur vitesse sous l'influence d'un générateur de fréquence.Un dispositif de ce genre présente, en dehors du coût, certains inconvénients résultant de la variation du couple moteur en fonction de la vitesse, d'une imprécision dûe aux varia- tions d'efficacité du système de compression de la tubulure en fonction de la vitesse et du couple. moteur et de l'impossibilité d'offrir à l'utilisateùr de la pompe une indication exacte de son débit, soit instantané, soit totalisé. L'invention a pour but de remédier aux inconvé nients précités des réalisations connues à l'aide d'une pompe dont le moteur dlentrainement est commandé de façon à permet tre, par un seul réglage, de programmer un rythme de séquen- ces de fonctionnement et d'arrêt dont le rapport détermine le débit, aussi bien instantané-que totalisé, de la pompe avec une grande précision en fais-ant intervenir seulement le facteur temps. La pompe à usage médico-chirurgical selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle-comprend en combinaison un moteur synchrone tournant à vitesse constante et servant à entraîner le rotor, . un démultiplicateur de rapport fixe placé entre le moteur et le rotor, et . un dispositif de commande séquentielle du moteur synchrone. Selon d'autres particulartiés de la pompe conforme à l'invention - le dispositif de commande séquentielle comprend un circuit électronique séquenceur à deux étages comportant respecti vement . un oscillateur à très basse fréquence produisant des impulsions dont la période et la durée sont réglables à. l'aide d'un ensemble de resistances et-condensateur, . un multivibrateur moostable, déclenché par les impul sions fournies par l'oscillateur de manière à produire des signaux rectangulaires dont la durée est réglable à l'aide d'un potentiomêtre relié au multivibrateur mono stable, ces signaux établissant un rythme de séquences de fonctionnement du moteur synchrone - le circuit séquenceur commande le moteur par l'intermé- diaire d'un relais - le circuit séquenceur commande le moteur par 12intermé- diaire d'un triac - l'eléent de manoeuvre, tel qu'un bouton, du potentiomètre agissant sur le multivibrateur monostableest gradué direc tement en unités de débit de la pompe, notamment en ml/h; - la tension au point de jonction d'un second potentiomètre, couplé coaxialement avec le premier potentiomètre, est utilisée pour la visualisation du débit de la pompe par l'intermédiaire d'un système d'affichage approprié tel qu'un dispositif à diodes émettrices de lumière, un dispo sitif d'affichage numériquesun voltmètre, etc - il est prévu, en parallèle au moteur, un compteur de temps de fonctionnement, associé à un convertisseur d'unités approprié, pour indiquer à tous moments le volume total débité par la pompe. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la des cription, donnée è titre d'exemple non limitatif,# en référence aux dessins annexés dans lesquels - Fig. 1 est un schéma synoptique du dispositif de commande sequentielle de la pompe à usage médîco-chirur- gical confome à l'invention, - Fig.-2A est un schéma électrique de l-'oscilla- teur très basse fréquence intervenant dan-s #le circuit de commande séquentielle, - Fig. 2B est un diagramme montrant les impulsions produites par l'oscillateur, - Fig. 3A est un schéma électrique de multivibrateur monostable coopérant avec l'oscillateur de la fig. 2A, - Fig. 3B est un diagramme permettant d'expliquer le fonctionnement -de l'oscillateur et dú multivibrateur monostable, - Fig. 4 et 5 sont des schémas électriques montrant deux moyens de commande du moteur par le multivi- brateur monostable de la fig. 3, - Fig. 6donne un schéma de 11alimentation du circuit de commande séquentielle de la pompe conforme à l'invention. Sur la fig. 1,- on a représenté sous la forme d'un schéma synoptique la structure du dispositif de commande séquentielle de la pompe conforme à l'invention qui, dans ce cas particulier donné à titre d'exemple, est une pompe de nutrition. La fonction d'une pompe de nutrition est d'assurer l'alimentation d'un malade en fonction des conditions imposées. ; ainsi une telle pompe doit par exemple permettre une régulatlon.des débits dans une-gamme allant de 1 à 1000 ml/h. Or, il faut tenir compte en pratique de paramètres tels que les propriétés de fonctionnement dyna.- mique de la tubulure, la viscosité du liquide pompé, etc. Ainsi, dans le domaine des faibles débits, l'erreur due au fonctionnement dynamique de la tubulure est importante également, dans une pompe dont le débit est lié#à la vitesse du moteur, par exemple dans le cas d'un moteur pas-à-pas, le débit est fortement affecté par l'erreur due à la viscosité. Pour remédier à ces inconvénients et à d'autres déficiences des réalisations de l'art antérieur, la pompe à usage médico-chirurgical conforme à l'invention comprend un moteur synchrone à commande séquentielle dont le débit est fonction du rapport du temps, de marche au temps d'arrt. Le moteur synchrone tourne constamment à la même vitesse, par exemple de 3000 t/mn, de sorte que l'erreur dfie à la viscosité du liquide pompé reste constante et par conséquent indépendante du débit En outre, du fait que la tubulure est sollicitée une seule fois dans chaque séquence de marche du moteur, et non par à-coups sucessifs comme dans le cas d'un moteur pas-à-pas, on diminue considérablement l'erreur imputable aux propriétés dynamiques de la tubulure. On obtient également d'autres avantages qui seront mis en évidence dans la suite de la description. Le moteur synchrone, désigné par MS sur la fig.1 et alimenté en courant alternatif 9 est associé à un démultiplicateur DM de rapport fixe dont la sortie est accouplée par l'intermédiaire d'une transmission, non représentée en détail sur la figure, au rotor RP de la pompe, sur lequel est enroulée la tubulure stérile dans laque#lle passe le liquide destiné au malade Ce moteur est commandé par un circuit séquenceur SQ lui-même alimenté par un dispositif schématisé par le bloc AL sur- la f".g. 1 et dont la structure a été mise en évidence sur la fig. 6. Dans 11 exemple de réalisation représenté sur les figures, le circuit de commande séquentielle SQdu moteur synchrone MS comprend un oscillateur très basse fréquence CI1, un multivibrateur monostable CI2 associé à un potentiomètre de réglage P1 et qui est relié à un élément de commande RL agissant directement sur le moteur. On va décrire en détail chacun de ces composants. L'oscillateur très basse fréquence CI1, repré senté sur la figure 2A9 comporte un circ#uit intégré formant un temporisateur de précision, tel que le circuit intégré connu sous la désignation commerciale NE 555 ; ce circuit est monté en oscillateur en combinaison avec les résistances variables RA, R3 et le condensateur C1 Si on désigne par R la somme des valeurs ohmiques de RA et R3, la fréquence de l'oscillateur est déterminée par le produit RC-1~ La capacité C1 étant fixe, la fréquence varie en fonction des résistances variables RA et R3 et elle est réglée, de façon que la période corresponde à la durée d'une séquence, comme le montre la figure 2B qui est un diagramme représen#tant-, en fonction du- temps, les impulsions engendrées par l'oscillateur. Dans l'exemple considéré, on a adopté pour- les différents composants les valeurs suivantes : R A = 250 kohms, RB = 47 kohms, C1 = 100 F et C2 = 0,01 F. La fréquence définie par la formule est égale dans ce cas à O 016 Hz de sorte que la période est de 62,5 secondes, c'est-à-dire environ une minute. Le rapport cyclique, définit le rapport entre la durée d de l'impulsion et la duree totale D de la periodes c'est-à- dire de la séquence. Dans l'exemple considéré, d est de l'ordre d'une seconde, et D est de l'ordre d'une minute. Il va de soi que ces valeurs, de même que les autres valeurs données dans cette description, ne correspondent qu'à des exemples numériques et n'ont aucun effet limitatif sur llinven- tion. En outre, dans le circuit intégré CI la, borne de commande 2 est reliée à la borne 6, ce qui permet un fonctionnement automatique. Le multivibrateur monostable comporte un circuit intégré CI2, qui peut être du même type que celui de l'oscillateur, c'est-à-dire du type NE 555 dans l'exemple considéré. Ce circuit intégré est associé à un potentiomètre de réglage P1, ce potentiomètre étant branché entre les bornes 7 et 8 du circuit intégré par l'intermédiaire d'une résistance RD, qui a pour fonction d'empêcher le potentiomètre de talonner à zéro. En outre, il est prévu un condensateur C'1 p le produit de la capacité de ce condensateur par la somme des valeurs ohmiques du potentiomètre P1 et de la résistance RD détermine la constante de temps du multivibrateur monostable, qui est réglable par l'intermédiaire du potentiomètre.Le circuit ainsi constitué fournit à la borne 3 un signal rectan gulaire, représenté sur le diagramme de la figure 3B et dont la durée S est fonction de la constante de temps précitée, ce signal étant appliqué à l'élément de commande RL du moteur MS, comme cela sera décrit dans la suite. La borne de commande 2 est reliée à ltoscilla- teur très basse. fréquence CI1 de manière que les impulsions engendrées par cet oscillateur assurent chacune le déclenchement d'un signal rectangulaire à la sortie du multivibrateur monostable. Dans l'exemple considérés les composants du multivibrateur monostable de la fig 3A ont les valeurs sui vantes P1 = 2,5 megohms D RD = 330 kohms 9 C'1 = 22 pF, C12 = 0,01 XF, RC = LO kohms. Avec un tel circuit 9 la durée S du signal rectan gulaire est réglable à l'aide du potentiomètre #21 de 1 à 60 secondes. L'ensemble formé par l'oscillateur et le multivibrateur monostable fonctionne de la façon suivante9 en réfé rence aux diagrammes des figures 2B et 3B. A l'instant t19 l'oscillateur CI1 produit l'impulsion i1 dont le flanc ~1 déclenche le multivibrateur monostable qui produit alors le signal rectangulaire de durée S, ce signal étant appliqué par l'intermédiaire de l'élément de commande RL au moteur MS qui fonctionne par conséquent pendant une période d'une durée Qet qui s'arrête jusqu'à ce que, à l'instant t39 une nouvelle impulsion i2 soit produite par l'oscillateur de manière à réamorcer une nouvelle séquence.Ainsi, avec un tel circuit de commande séquentiel#e9 il est possible de faire fonctionner la pompe de nutrition pendant une dur-ée de 1 à 60 secondes toutes les minutes. Le composant RL, assurant la commande du moteur et recevant le signal rectangulaire provenant du multivibrateur monostable CI2 peut etre un relais, comme indiqué en RL sur la fig. 4, par exemple un relais du type "Reed:" ; on peut également assurer la commande du moteur MS par l'intermédiaire d'un triac, 'c'est-à-dire d'un thyristor opéraht en courant alternatlf, le branchement étant réalisé comme indiqué sur la fig. 5, où le triac TC est relié au multivibrateur monostable C12 par l'intermédiaire d'une résiStance RE qui a une valeur de 350 ohms dans a'exemple cons-idéré. On a représenté sur la fig.6 la partie d'alimentation, désignée par AL sur la fig. 1, du circuit de commande séquentielle SQ. Comme le montre la fig. 6, il est prévu, à partir d'une alimentation en cou-rant alternatif CA-à- 220 V, un transformateur TR relié à un pont-redresseur PR, dont la tension de sortie passe dans un régulateur de tension RT de manière à fournir aux bornes de. sortie CC un courant continu d'une tension réglée à 12 volts avec une grande précision une diode émettrice de lumiEre LED indique la condition d'excitation du circuit. Il est à noter que la caractéristique essentielle de l'invention consiste dans -la commande séquentielle d'une pompe à usage médico-chirurgical et que tous les moyens susceptibles de la réaliser, autrement qu'en faisant intervenir un multivibrateur monostable déclenché par un oscillateur à très basse fréquence, rentrent dans le cadre de l'invention. Parmi ces moyens, on peut citer l'association de circuits logiques, diviseurs, compteurs et horloge ; un microprocesseur ç un programmateur-mécanique ; etc. Cependant, il est à noter que la structure décrite ci-dessus-permet d'obtenir les meilleurs résultats en ce qui concerne la fiabilité et le cotit. Le circuit de 'commande séquentielle permet d'obtenir facilement une indication du débit horaire et également du volume total de produit fourni au malade. Le débit horaire est défini par la position du bouton de manoeuvre du potentiomètre P1, fig. 3A, du fait que cet élément de manoeuvre est en relation avec le-temps de fonctionnement de la pompe. Ainsi, si le débit horaire maximal de la pompe, fonctionnant de façon continue, est de 1000 ml, la position O de ce bouton de manoeuvre correspond à un débit nul, la position à moitié course c#o#rrespond à un débit de 500 ml/h et la position de fin de course correspond à un débit de 1000 ml/h. Pour obtenir cette indication de débit, il est possible de graduer le bouton du potentiomètre directement en ml/h.Une autre possibilité d'indication visuelle du dé-bit horaire, mise en évidence sur la fig. 3A, consiste à utiliser la variation de tension qui est -détermi- née par un second potentiomètre P29 dont la commande est couplée avec celle du premier potentiomètre P1 et dont le point milieu 9 est relié à un dispositif -d'affichage approprié, comme indiqué en AF sur cette fig. 3A ; ce dispositif d'affichage peut être par exemple un ensemble de diodes émettrices de lumière, un voltmètre,# un appareil d'affichage numérique, etc. En ce qui concerne l'indication,. à tous moments, du volume tatal de produit fourni au malade,il suffit de monter en parallèle au moteur MS, un compteur de temps de fonctionnement désigné par IV sur la fig. 1, avec remise i zéro manuelle, en associant.ce compteur à un dispositif de permettant de convertir ses indications en quantités/liquide. La combinaison d'un moteur synchrone avec une commande séquentielle pour l'entrainement d'une pompe à usage médico-chirurgical du type péristaltique permet d'obtenir les avantages suivants : - le prix de revient de fabrication de la pompe est diminué car un moteur synch-rone est d'un prix bien moins élevé que celui d'un moteur pas-à-pas, à qualités~ égales.La commande du moteur ne nécessite pas l'usage d'un circuit intégré spécifique et son alimentation directement en 220#Vpermet de réduire la puissance du transformateur et des circuits de redressement et filtrage de la partie électronique ; en outre, on obtient une réduction sensible de la puissance consommée, et par conséquent de l'échauffement de la pompe, - le fonctionnement "séquentiel" apporte une meilleure précision dans les débits, en particulier pour les débits faibles, en diminuant l'erreur due au fonctionnement dynamique de la tubulure. - comme indiqué ci-dessus,il est possible de corriger d'une manière simple l'erreur créée par la viscosité du liquide pompé. En effet, -dans une pompe à commande séquentielle, la vitesse du moteur étant constante, l'erreur due à la viscosité reste constante et indépendante- du débit, ce qui n'est pas le cas pour une pompe entraînée par un moteur pas-à-pas, ou le débit est lié à la vitesse du moteur. - il est possible d'offrir ainsi à lqutili- a sateur une indication exacte du débit soit instantané ,' soit totalisé. Bien entendu, l'invention n' est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés,à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Ainsi, l'invention est applicable non seulement aux pompes de nutrition entérale mais également aux pompes à perfusion et, d'une façon générale, à. toutes -les pompes à usage médico-chirurgical. REVENDICATIONS 1. Pompe à usage médico-chirurgical du type péristaltique à tubulure compressible par étirem-en-t ou par galets, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison - un moteur synchrone (MS) tournant à vitesse constante et servant â entrainer le rotor de ladite pompe - un démultiplicateur (DM) de rapport fixe placé entre le moteur et le rotor, et - un dispositif de commande séquentielle (SQ) du moteur synchrone 2.Pompe selon la revendication 1, caracté-risée en ce que le dispositif de commande séquentielle comprend un circuit électronique séquenceur à deux étages comportant .respectivement - un oscillateur à très basse fréquence (CI1) produisant des impulsions dont la période et la durée sont réglables à l'aide d'un ensemble de résistances et condensateur (RA, RBn Cl), - un multivibrateur monostable (CI2) déclenché par les impulsions fournies par 1'osciilateur (CI1) de manière à produire des signaux rectangulaires dont-la durée (S)est réglable à l'aide d'un potentiomètre (P1) relié au multivibrateur mo nostable ,ces signaux établissant un rythme de séquences de fonctionnement du moteur synchrone. 3. Pompe selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que le circuit séquenceur (CIls CI2) commande le moteur par l'intermédiaire d'un relais (RL). 4. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le circuit séquenceur (CI1,#Ci2) commande le moteur par l'intermédiaire d'un triac (TC). 5. P-ompe selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'élément.de manoeuvre, tel qu'un bouton, du potentiomètre (P )~ gradue agissant sur le multivibrateur monostable (CI2) est1 directe- ment en unités de débit de la pompe, notamment en ml/h. 6. Pompe selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la tension au point de jonction (9) d'un second potentiomètre (P2) couplé coaxialement avec le premier potentiomètre (P1),- est utilisée pour la visualisation du débit de la pompe par l'intermédiaire d'un système d'affichage (AF) approprié, tel qu'un dispositif à diodes émettrices de lumière, un dispositif d'af#fichage numérique, un voltmètre, ou autre moyen similaire. 7. Pompe selo-n l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en en ce qu'il est prévu, en parallèle au moteur (MS) , un compteur de temps de fonctionnement (IV), associé à un convertisseur d'unités approprié, pour indiquer à tous moments le volume total débité par la pompe.