Brevet FR2647546A1 — publié le 19901130

La présente invention concerne le domaine technique du traitement extracorporel du sang par un rein artificiel. Plus particulièrement, la présente invention concerne le contrôle de la quantité de liquide extraite du sang par ultrafiltration, grâce à un contrôle du pompage du liquide extrait du circuit de liquide de dialyse. En effet, lors du traitement du sang d'un patient souffrant d'insuffisance rénale, il faut éliminer du sang, d'une part les impuretés telles que l'urée et d'autre part, l'excès d'eau qui s'est accumulé entre deux séances. Ce traitement du sang se fait dans un échangeur grâce à une membrane permettant à la fois la dialyse et l'ultrafiltration. Le sang à traiter circule d'un côté de la membrane alors que le liquide de traitement appelé liquide de dialyse circule de l'autre côté de la membrane. Lorsqu'une différence de pression existe entre les deux compartiments de l'échangeur, du liquide peut traverser la membrane par convexion, afin de tendre à rétablir l'équilibre des pressions. Ainsi, en créant une dépression dans le compartiment parcouru par le liquide de dialyse, une fraction de la partie liquide du sang traverse la membrane pour se retrouver dans le liquide de dialyse. Il est alors nécessaire, dans ce type d'opération, de contrôler le plus précisément possible, les pressions s'exerçant dans chacun des compartiments afin de contrôler, par voie de conséquence, l'ultrafiltration du sang. Parmi les moyens de contrôle possibles, ceux décrits dans le brevet US 3. 939.069 relatifs au contrôle volumétrique de l'ultrafiltration sont parmi les plus fiables. Selon cette technique, lorsque le circuit de liquide de dialyse est un circuit indéformable et fermé du point de vue des pressions, toute quantité de liquide extraite du circuit provoque une dépression dans le circuit. Cette dépression se traduit, au niveau de l'échangeur, par un passage de liquide du sang vers le liquide de dialyse jusqu'au rétablissement de l'équilibre des pressions, c'est-à-dire jusqu'à ce que la quantité de liquide ultrafiltré du sang soit égale à la quantité de liquide extraite du circuit. Ainsi, le pompage d'une quantité de liquide provenant d'un circuit fermé de liquide de dialyse permet d'imposer l'ultrafiltration du sang. On assimilera donc dans la suite du présent texte, l'extraction de liquide du circuit de liquide de dialyse en vue de provoquer l'ultrafiltration du sang, i l'ultrafiltration du sang ellenmême. Le problème à résoudre par la présente invention concerne alors le contrôle du pompage. En effet, si l'on veut être précis dans le contrôle de l'ultrafiltration du sang, il faut tout d'abord être précis dans le contrôle du pompage du liquide extrait du circuit de liquide de dialyse. Cette exigence est due au fait que ce contrôle de l'ultrafiltration présente pour la sécurité et le bien-être du patient, une très grande importance dans le traitement du sang par un rein artificiel car, dans le cas o l'ultrafiltration du sang n'est pas correctement effectuée, le patient peut connaître des troubles importants tels que nausées, maux de tête, crampes, etc... connus sous le terme de syndrôme de déséquilibre. Le pompage de l'ultrafiltration du sang peut être effectué grâce à une pompe dont le fonctionnement se traduit par l'émission d'impulsions correspondant chacune au passage d'une certaine quantité de liquide. La correspondance entre les impulsions émises et la quantité de liquide pompé est une caractéristique donnée généralement par le fournisseur de pompes. Cependant, cette caractéristique peut varier en fonction de l'usure de la pompe et en fonction de ses conditions d'utilisation. Ainsi, par exemple, la pression s'exerçant en amont de la pompe exerce une grande influence sur les performances de la pompe. Or, dans le cas du pompage de l'ultrafiltration, le circuit de liquide de dialyse est généralement soumis à des dépressions variables, ce qui peut entrainer des perturbations au niveau du fonctionnement de la pompe. Les solutions proposées jusqu'ici dans l'art antérieur pour contrôler l'ultrafiltration du sang sont le contrôle du poids du patient au mqyen d'une balance ou d'un lit balance, o la mesure du volume de liquide extrait par la pompe d'ultrafiltration au moyen d'un réservoir calibré. De telles méthodes sont cependant insuffisantes car elles ne permettent que de constater à posteriori une dérive éventuelle de la pompe sans qu'il soit possible de corriger automatiquement son fonctionnement; en outre, de telles méthodes ne peuvent pas être effectuées avec une fréquence suffisante pour permettre une grande exactitude. Ainsi, étant donné l'importance d'un contrôle très précis de l'ultrafiltration dans le traitement extracorporel du sang et les variations possibles dans le fonctionnement d'une pompe, il est essentiel de pallier aux imperfections des méthodes et appareils-de l'art antérieur. L'objet de la présente invention est donc de proposer une méthode et un dispositif permettant de contrôler avec une grande précision le pompage de l'ultrafiltration du sang. Un autre objet de la présente invention est de proposer une méthode et un dispositif permettant d'effectuer des contrôles du pompage de l'ultrafiltration du sang aussi fréquemment que souhaité. Un autre objet de la présente invention est de proposer une méthode et un dispositif de contrôle du pompage de l'ultrafiltration du sang permettant de s'affranchir des conditions d'utilisation de la pompe. Un autre objet de la présente invention est de proposer une méthode et un dispositif de contrôle du pompage de l'ultrafiltration permettant non seulement de vérifier la quantité réellement pompée nais également d'agir sur la pompe pour ajuster le pompage. Afin d'atteindre ces différents buts, la présente invention propose un procédé de contrôle, dans un rein artificiel, de la quantité de liquide extraite du sang par ultrafiltration, consistant à: - pomper du liquide de dialyse en quantité égale & la quantité de liquide que l'on souhaite extraire du sang, le pompage étant effectué grâce i une pompe émettant des impulsions correspondant chacune au passage d'une certaine quantité de liquide, - compter les impulsions émises, - déterminer la quantité de liquide pompée en effectuant le produit du nombre d'impulsions émises par la quantité de liquide pompée à chaque impulsion, caractérisé en ce qu'il consiste en outre & étalonner la pompe automatiquement et sans arrêter son fonctionnement, de façon à réactualiser la valeur de la quantité de liquide pompée à chaque impulsion. La présente invention a également pour objet un dispositif de contrôle, dans un rein artificiel, de la quantité de liquide extraite du sang par ultrafiltration comportant: - des moyens pour pomper une quantité de liquide de dialyse égale i la quantité de liquide que l'on souhaite extraire par ultrafiltration, lesdits moyens comprenant des moyens pour émettre des impulsions, chaque impulsion correspondant au passage d'une certaine quantité de liquide, - des moyens pour compter les impulsions émises, - des moyens pour effectuer le produit du nombre d'impulsions émises par la quantité de liquide pompée à chaque impulsion, afin de déterminer la quantité de liquide pompée, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour étalonner automatiquement la pompe sans arrêter son fonctionnement. D'autres objets et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés qui illustrent, à titre d'exemples, et sans échelle déterminée, différents modes de réalisation de la présente invention. La figure 1 représente, de façon schématique, un mode de réalisation simplifié de l'objet de la présente invention. La figure 2 représente, de façon plus détaillée mais schématique, un mode de réalisation de la présente invention associé à différents éléments du contrôle de l'ultrafiltration. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, on dispose de façon classique d'une canalisation principale 1 dans laquelle circule du liquide mis en circulation par une pompe 2. Une vanne 3 est disposée sur la canalisation 1 en aval de la pompe 2. Selon l'invention, une canalisation de dérivation 4 de la canalisation principale 1 est située en aval de la pompe 2 et en amont de la vanne 3. Cette canalisation 4 conduit à un réservoir 5 muni d'un détecteur 6 de niveau bas et d'un détecteur 7 de niveau haut. La pompe 2, la vanne 3 ainsi que les détecteurs de niveau 6 et 7 sont reliés à un organe de contrôle 8. Le contrôle du fonctionnement de la pompe 2 est effectué de la manière décrite ci-après. La pompe 2 est une pompe occlusive telle qu'une pompe péristaltique, une pompe à diaphragme, à engrenage ou à palette, dont le fonctionnement se traduit par l'émission d'impulsions, chaque impulsion correspondant au passage d'une quantité déterminée de liquide. Les impulsions émises par la pompe représentent dans le cas d'une pompe péristaltique un certain angle de rotation du rotor alors que dans le cas d'une pompe à diaphragme, elles représentent un certain déplacement du diaphragme. Ces impulsions sont transmises pour comptage à un organe de contrôle 8 qui est avantageusement un microprocesseur. Le microprocesseur 8 peut également effectuer des calculs concernant la quantité ou le débit de liquide pompé à partir du nombre d'impulsions enregiJtrées et de la valeur de la correspondance existant entre une impulsion émise et la quantité de liquide pompé en ml. Le but de l'opération de contrôle du fonctionnement de la pompe 2 est de réactualiser en permanence cette valeur de la quantité de liquide pompé par impulsion émise. Pour effectuer cette opération de contrôle, l'organe de contrôle 8 agit sur la vanne 3 afin de provoquer sa fermeture. Le liquide pompé par la pompe 2 s'écoule alors dans la canalisation de dérivation 4 pour remplir le réservoir 5. Le passage du liquide au niveau du détecteur 6 de niveau bas provoque un démarrage du comptage des impulsions par l'organe de contrôle 8. Le comptage se poursuit jusqu'à ce que le liquide parvienne au niveau du détecteur de niveau haut 7, ce qui déclenche au niveau de l'organe 8, d'une part un arrêt du comptage des impulsions et d'autre part, une action sur la vanne 3 pour provoquer son ouverture et permettre ainsi l'évacuation du liquide pompé vers l'égot ou vers d'autres moyens d'élimination. La capacité Vo du réservoir 5 entre les deux détecteurs 6 et 7 est parfaitement connue et constitue une des données mémorisées par l'organe 8 qui peut, à partir du nombre d'impulsions No comptées pendant le temps de remplissage du réservoir 5, calculer la valeur Yo/No de la quantité de liquide réellement pompée par impulsion émise. Naturellement, il est tout à fait possible qu'au lieu d'effectuer le rapport Vo/No, l'organe 8 contrôle le fonctionnement de la pompe 2 en calculant le rapport No/Vo, c'est-à-dire le nombre d'impulsions émises pour une certaine quantité de liquide pompé, par exemple, par ml de liquide pompé. Ainsi, selon l'invention, on réactualise en permanence la correspondance existant entre les impulsions émises par la pompe et la quantité de liquide pompé, on détecte et on corrige ainsi les variations pouvant se produire dans le fonctionnement de la pompe 2 selon ses conditions d'utilisation. Cela permet de s'affranchir des variations de performance pouvant survenir en fonction de l'usure de la pompe ou de la pression exercée en amont de la pompe. La figure 2 représente, de façon plus détaillée, un mode de réalisation de la présente invention, intégré au fonctionnement de la pompe d'ultrafiltration 2. De façon classique, cette poupe 2 est mise en marche grâce à un moteur 9 dont la rotation est contrôlée par un système 10 émettant des impulsions correspondant à un certain angle de rotation du moteur. Un tel système est constitué, par exemple, par une roue dentée dont l'axe de rotation est le méme que celui du moteur 9. Un détecteur optique 11 contrôle la rotation de la roue par détection d'un faisceau lumineux qui est arrêté par les zones correspondant aux dents de la roue et qui est transmis par les parties vides situées entre deux dents. La pompe 2 est alimentée par du liquide de dialyse provenant du circuit de liquide de dialyse (non représenté) de préférence en aval de l'échangeur. Le liquide pompé s'écoule dans la canalisation 1 dans le sens symbolisé par la flèche. Cette canalisation 1 est munie d'une vanne 3, en amont de laquelle est située une dérivation 4 conduisant à un réservoir 5. Ce réservoir est pourvu de détecteurs de niveau 6 et 7; il est relié par une canalisation 12 à une source d'air (non représentée) permettant d'assurer sa vidange. Cette canalisation 12 est reliée en aval de la vanne 3 à la canalisation 1 conduisant le liquide pompé à des moyens d'élimination (non représentés) par une canalisation 13 munie d'une vanne 14. Les vannes 3 et 14 sont commandées par l'organe de contrôle 8. Les différents éléments de l'organe de contrôle 8 qui sont nécessaires au fonctionnement de l'objet de l'invention sont représentés de façon schématique par des rectangles numérotés; les fonctions qu'ils assurent sont explicitées dans la description ci-dessous. L'élément 15 assure l'interface entre l'organe de contrôle 8 et l'utilisateur; il peut être constitué par un écran et un clavier, par un bouton ou par tout autre moyen permettant d'introduire des données dans l'organe 8 constitué avantageusement par un microprocesseur. L'interface 15 permet à l'utilisateur d'introduire dans le microprocesseur 8 la valeur en débit ou en quantité (en volume ou en poids) de la perte de poids désirée du patient. Dans le cas o le patient n'absorbe aucun élément pendant la séance et o on ne réinjecte aucun liquide dans le sang qui doit lui être restitué, cette perte de poids désirée correspond directement à l'ultrafiltration du sang que l'on souhaite effectuer. Dans le cas o, à l'inverse, on réinjecte au patient une certaine quantité de liquide tel que cela se fait pour l'hémodiafiltration, ou bien dans le cas o le patient mange et/ou boit pendant la séance de traitement, la valeur de ces apports est introduite dans le microprocesseur 8 qui calcule alors l'ultrafiltration du sang qui est nécessaire afin d'atteindre, en fin de séance, la perte de poids désirée. Il est également possible de calculer l'ultrafiltration à effectuer en dehors du microprocesseur et d'entrer directement cette valeur de l'ultrafiltration à réaliser au moyen de l'interface 15. Dans certains cas, tels que dans le contrôle volumétrique de l'ultrafiltration, fixer la valeur de l'ultrafiltration revient à fixer la quantité ou le débit de liquide que la pompe 2 doit extraire du circuit de liquide de dialyse. Cette donnée est entrée dans un registre 16 du microprocesseur, qui peut être considéré comme une mémoire et qui, à partir des caractéristiques connues de la pompe ou des caractéristiques précédemment vérifiées, peut transformer cette exigence d'ultrafiltration en consigne de fréquence de rotation du moteur 9 de la pompe 2. Cette consigne est transmise à l'organe d'asservissement 17 qui reçoit également des informations provenant du détecteur 11 relatives à la fréquence de rotation de la roue dentée 10 et traduisant donc la fréquence de rotation du moteur 9. On a ainsi une boucle d'asservissement du moteur de la pompe 2. Selon l'invention, la correspondance existant entre les quantités de liquide délivrées par la pompe 2 et les impulsions émises, est contrôlée grâce à l'élément d'étalonnage 18 du microprocesseur. Afin d'effectuer l'étalonnage de la pompe 2, l'élément 18 commande la fermeture de la vanne 3 et l'ouverture de la vanne 14, ce qui permet & l'air se trouvant dans la canalisation 12 d'être évacué par la canalisation 1 vers des moyens d'élimination (non représentés) tels que l'égoût. Le liquide de dialyse pompé par la pompe 2 s'écoule alors dans la canalisation de dérivation 4 et dans le réservoir 5. Lorsque le liquide passe devant le détecteur de niveau bas 6, celui-ci transmet un signal à l'organe d'étalonnage 18 qui commence alors à compter les impulsions provenant du détecteur 11. Le comptage se poursuit jusqu'à ce que le liquide atteigne le niveau haut marqué par le détecteur 7 qui émet alors un signal à l'organe d'étalonnage 18 qui arrête aussitôt le comptage, commande l'ouverture de la vanne 3 et la fermeture de la vanne 14, provoque la vidange du réservoir 5. L'air nécessaire à la vidange du réservoir 5 peut provenir de n'importe quelle source appropriée. Cependant, de façon particulièrement avantageuse, on utilise dans la présente invention, l'air provenant du dégazage du liquide de dialyse effectué en amont de l'échangeur. La capacité Vo du réservoir 5 entre les deux détecteurs 6 et 7 étant parfaitement fixée et connue de l'organe 18, celui-ci peut, à partir du nombre No d'impulsions enregistrées pendant le temps de comptage, calculer un coefficient d'étalonnage K - Vo/No qui correspond à la quantité de liquide pompé par impulsion émise. A chaque opération d'étalonnage, s'effectuant tel que cela vient d'être décrit, la valeur du coefficient de calibration est ainsi réactualisée. La valeur de ce coefficient K est transmise au multiplicateur 19 qui reçoit également des informations concernant le nombre d'impulsions émises par la roue. Chaque impulsion est multipliée par le coefficient d'étalonnage K précédemment calculé, ce qui donne une valeur de la quantité de liquide pompé qui est transmise à un totalisateur 20 qui ajoute cette quantité de liquide pompé à la quantité précédemment enregistrée. Ainsi, ce totalisateur 20 est incrémenté à chaque impulsion ou à chaque groupe d'impulsions; on peut en effet choisir de ne pas effectuer la multiplication des impulsions par le coefficient d'étalonnage, pour chaque impulsion émise, mais seulement pour chaque groupe d'impulsions, par exemple toutes les 50, 100 ou 1000 impulsions. La nouvelle valeur ainsi obtenue de la quantité de liquide pompé, c'est-àdire de l'ultrafiltration réalisée, peut alors être affichée, soit directement, soit après conversion en perte de poids tenant compte des différents apports faits au patient sous forme d'aliments ou d'injection, ce qui permet à la fois au patient et au personnel médical de s'assurer que la séance se déroule comme souhaité. La valeur de l'ultrafiltration est transmise à un diviseur 21 qui, grâce à une mesure du temps écoulé, calcule le débit d'ultrafiltration. Cette valeur du débit d'ultrafiltration réalisé est comparée par l'élément 22 à la valeur provenant de l'interface 15 du débit souhaité par l'utilisateur. Dans le cas o la différence entre les deux débits se situe en dehors d'une fourchette fixée, l'élément 22 réactualise le registre 16 pour ajuster la consigne de fréquence de rotation du moteur de la pompe au débit désiré. Ainsi, selon l'invention, les variations pouvant survenir dans le fonctionnement de la pompe 2 sont non seulement constatées mais également corrigées et la valeur d'ultrafiltration affichée est la valeur de l'ultrafiltration effectivement réalisée. En outre,'la réactualisation de la consigne de fréquence du moteur de la pompe au débit d'ultrafiltration désiré permet d'imposer avec un grande précision l'ultrafiltration à effectuer et de ne pas se contenter simplement'de constater à postériori l'ultrafiltration réalisée. L'étalonnage peut être effectué, à la demande de l'utilisateur, ou de façon permanente dès qu'un cycle de remplissage et de vidange est effectué, avec cependant une temporisation de sécurité pour que l'on soit bien certain d'avoir complètement vidé le réservoir 5. Dans le cas o on choisit un réservoir de 10 ml, si la pompe 2 agit de manière à effectuer une ultrafiltration de 100 ml/heure, le temps de remplissage du réservoir sera de 6 minutes. Le temps de vidange étant, selon l'air disponible, de l'ordre de 2 minutes, l'étalonnage sera donc effectué environ toutes les 8 à 10 minutes. Si par contre, l'ultrafiltration désirée est de 1 1/heure, ce qui représente une valeur commune, le temps de remplissage du réservoir ne sera plus que de 36 secondes. On effectuera alors un étalonnage toutes les 3 minutes environ. De nombreuses variantes dans l'utilisation de la réactualisation du coefficient d'étalonnage sont à la portée du technicien, sans pour aurant sortir du cadre de la présente invention. Il est également possible d'utiliser les données provenant du dispositif d'étalonnage pour effectuer certains contrôles de sécurité. En effet, les données provenant des détecteurs de niveau 6 et 7 peuvent être transmises à un microprocesseur 30 et plus particulièrenent i un élément 25 de ce microprocesseur qui mesure le temps nécessaire au remplissage du réservoir entre les niveaux 6 et 7. Cet élément possède en mémoire la valeur Vo du volume du réservoir entre les deux détecteurs et peut ainsi calculer le débit du pompage de liquide Vo/t. Cette valeur du débit est transmise à un comparateur 26 qui compare cette valeur & celle provenant de l'interface 15 qui représente le débit souhaité par l'utilisateur. Dans le cas o la différence entre les deux valeurs est supérieure à une limite prédéterminée, le microprocesseur 30 déclenche une alarme, permettant d'alerter le personnel médical chargé de-la surveillance de la séance de traitement. Le dispositif et la méthode de contrôle du pompage de liquide par la pompe 2 permet, ainsi que cela a été décrit plus haut, d'une part de vérifier avec une grande exactitude la quantité de liquide réellement pompé, et d'autre part, grice à la réactualisation de la consigne de fréquence du moteur en fonction du débit souhaité, d'agir sur la pompe 2 afin que la quantité de liquide réellement pompée soit exactement la quantité souhaitée. Cette possibilité d'imposer, et non pas seulement de constater, la quantité de liquide pompée, présente un intérêt particulier dans le cas o le liquide pompé est extrait du circuit de liquide de dialyse et correspond à la quantité de liquide extrait du sang par ultrafiltration. REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle, dans un rein artificiel, de la quantité de liquide extraite du sang par ultrafiltration, consistant à: - pomper du liquide de dialyse en quantité égale à la quantité de liquide que l'on souhaite extraire du sang, le pompage étant effectué grâce à une pompe émettant des impulsions correspondant chacune au passage d'une certaine quantité de liquide, - compter les impulsions émises, - déterminer la quantité de liquide pompée en effectuant le produit du nombre d'impulsions émises par la quantité de liquide pompée à chaque impulsion, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à étalonner la pompe automatiquement et sans arrêter son fonctionnement, de façon à réactualiser la valeur de la quantité de liquide pompée à chaque impulsion. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, pour effectuer l'étalonnage, i: - faire circuler le liquide pompé dans un réservoir de capacité Vo connue avec exactitude, - compter le nombre d'impulsions n émises pendant le temps de remplissage dudit réservoir, - déterminer la valeur Vo/n du coefficient d'étalonnage. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à: - déterminer le débit réel de pompage du liquide, comparer le débit réel avec le débit désiré, - fixer des limites d'admissibilité du produit de comparaison du débit réel avec le débit désiré, - corriger la vitesse de fonctionnement de la pompe dans le cas o lb produit de la comparaison entre le débit réel et le débit désiré se situe en dehors des limites fixées. 4) Dispositif de contrôle, dans un rein artificiel, de la quantité de liquide extraite du sang par ultrafiltration comportant: - des moyens (2) pour pomper une quantité de liquide de dialyse égale à la quantité de liquide que l'on souhaite extraire par ultrafiltration, lesdits moyens comprenant des moyens (10) pour émettre des impulsions, chaque impulsion correspondant au passage d'une certaine quantité de liquide, - des moyens pour compter les impulsions émises, - des moyens pour effectuer le produit du nombre d'impulsions émises par la quantité de liquide pompé à chaque impulsion, afin de déterminer la quantité de liquide pompé, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour calibrer automatiquement la pompe sans arrêter son fonctionnement. ) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour étalonner automatiquement la pompe comportent: - des moyens (5,6,7) pour mesurer un volume Vo exactement déterminé du liquide pompé, des moyens (18) pour compter les impulsions n émises pendant le pompage du volume Vo, - des moyens (18) pour déterminer la valeur Vo/n appelée coefficient d'étalonnage et déterminant la quantité de liquide pompée à chaque impulsion. 6) Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - des moyens (21) pour déterminer le débit réel du liquide pompé, - des moyens (22) pour comparer le débit réel avec le débit désiré, - des moyens (16) pour corriger la vitesse de fonctionnement de la pompe en fonction du produit de la comparaison entre le débit réel et le débit désiré. 7) Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits moyens (5,6,7) pour mesurer un volume Vo exactement déterminé du liquide pompé sont situés en aval des moyens de pompage (2) par rapport au sens d'écoulement du liquide pompé.