Brevet FR2689015A1 — publié le 19931001

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UNE POMPE DE PERFUSION DE LIQUIDES MEDICAUX La présente invention a pour objet un dispositif de commande d'une pompe de perfusion de liquides médicaux. Le traitement des pathologies graves, comme le cancer, met en oeuvre très fréquemment des perfusions intraveineuses. Si certains traitements de fond sont effectués en milieu hospitalier, la continuité des soins est de plus en plus souvent effectuée au domicile du patient. L'efficacité des traitements étant liée aux doses prescrites, au nombre de médicaments dispensés au cours du même traitement, et à la réceptivité du patient en fonction de son rythme biologique, il convient de disposer d'un matériel d'injection qui soit fiable mais également performant, c'est-à-dire permettant de doser, de façon très précise, des quantités déterminées de liquides avec des débits variant sur une plage très large. Dans la mesure où le traitement est ambulatoire, il est également souhaitable que le matériel soit le plus compact et le plus léger possible afin de ne pas gêner le patient. Actuellement, le dispositif de perfusion le plus courant met en oeuvre une pompe péristaltique qui réalise l'écrasement d'un tube en polymère ou en silicone pour véhiculer le liquide. Ce système a l'inconvénient de cumuler des solutions techniques d'encombrement et de poids important puisque - l'écrasement du tube exige une force importante qui est exercée par un système à galets encombrant et lourd, - le moteur doit être dimensionné en fonction des forces d'écrasement et est donc d'un poids important, - le moteur étant largement dimensionné, sa consommation est importante, et son alimentation doit être réalisée par des piles ou batteries volumineuses. Tout ceci est en contradiction avec la destination ambulatoire d'une pompe. Le but de l'invention est de fournir un dispositif de commande d'une pompe de perfusion permettant de répondre aux exigences de miniaturisation, alliant un poids et un encombrement faibles, tout en fournissant une grande précision. Pour mettre en mouvement le liquide à perfuser, il est intéressant d'utiliser une pompe à piston qui permet d'obtenir une plage de travail très large en matière de débit : de l'ordre de 1 à 12 000, d'avoir une grande précision, d'optimiser l'encombrement et le poids de la pompe, et d'offrir le maximum de sécurité pour le patient. Le dispositif, selon l'invention, comprend un moteur à courant continu entraînant une vis engagée dans un écrou bloqué en rotation mais libre en translation, solidaire du piston et sur lequel est fixé un élément électriquement conducteur sur le parcours duquel sont disposés, de part et d'autre de l'élément conducteur, deux contacts durs montés sur le circuit d'alimentation du moteur et destinés à stopper le mouvement du moteur lorsque l'élément conducteur arrive en contact avec l'un d'eux, des moyens élastiques étant prévus pour permettre la poursuite du mouvement du moteur au cours de sa phase d'arrêt, après que l'élément conducteur soit arrivé contre un contact dur et empêche la poursuite du mouvement du piston. La course du piston est fournie par la distance entre les deux contacts durs diminuée de l'épaisseur de l'élément conducteur. La mise en oeuvre des contacts durs procure une grande reproductibilité de chaque mouvement du piston, ce qui se traduit par une grande précision de la pompe. Il est à noter que, lorsque l'élément conducteur atteint un contact dur, le mouvement du piston est stoppé de façon nette, sans aucun risque de détérioration car les moyens élastiques permettent la poursuite du mouvement du moteur au cours de sa phase d'arrêt sans entraînement de la vis et, par suite, sans entraînement du piston. Le temps correspondant à l'arrêt du moteur, à partir du moment où l'un des contacts durs a reçu une information, peut être de l'ordre d'un quart de tour, alors que la course du piston peut correspondre à plusieurs tours de la vis. A cet effet, la vis d'entraînement est calée sur un disque sur lequel est plaqué, élastiquement et avec possibilité d'un jeu axial, un pignon engrenant avec un pignon calé sur l'arbre de sortie du moteur. La vis est donc entraînée à friction par le pignon engrenant avec le pignon calé sur l'arbre de sortie du moteur, de telle sorte que, lorsque le mouvement du piston est bloqué par appui de l'élément conducteur contre un contact dur, l'ensemble disque-pignon soumis à une pression élastique axiale agit à la façon d'un limiteur de couple. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'écrou est disposé à l'intérieur d'une chemise solidaire du piston, ouverte à son extrémité opposée à celle équipée du piston et dans laquelle l'écrou est maintenu en pression élastique, sous l'action d'un ressort le poussant vers l'extrémité de la chemise équipée du piston. Ce second ressort participe également, en période de retour du piston, à réaliser un amortissement lors de l'arrêt du moteur afin d'éviter les à-coups dommageables pour tous les organes constitutifs du dispositif. Selon une caractéristique, dans ce cas, l'élément conducteur est constitué par un anneau monté autour de la chemise et fixé sur celle-ci. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, sur l'arbre de la vis est calé un disque de codage permettant de détecter des fractions de tour de la vis. Selon une première possibilité, le disque de codage comprend des ouvertures ou des fentes disposées selon une répartition angulaire régulière, tandis qu'une diode et un phototransistor sont disposés de part et d'autre du disque, de telle sorte que le faisceau émis par la diode peut être reçu par le phototransistor lorsqu'une ouverture ou fente du disque se trouve entre ces deux éléments. Cette solution est intéressante,car sans usure mécanique. Toutefois elle présente l'inconvénient que la diode émettrice consomme une quantité non négligeable de courant. Selon une autre possibilité, le disque de codage comprend deux séries concentriques d'éléments conducteurs décalés angulairement d'une série à l'autre, chaque série comprenant alternativement des éléments flottants et des éléments reliés à la masse, deux brosses prenant appui sur les deux séries d'éléments, qui sont reliées aux entrées d'une porte R-S (dispositif anti-rebond). A titre d'exemple, si la course du piston est de 2 millimètres, correspondant à un volume de liquide véhiculé de 100 yl, cette course est effectuée en 5,7 tours de vis, et le disque de codage peut apprécier des valeurs angulaires d'un dixième de tour. La course du piston peut ainsi être décomposée en 57 parties qui peuvent être, grâce à un dispositif de commande, gérées indépendamment les unes des autres. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de ce dispositif Figure 1 est une vue en perspective très sommaire d'une pompe de perfusion complète Figures 2 et 3 sont deux vues en coupe longitudinale et à échelle agrandie du dispositif de commande du piston, dans deux positions de celui-ci Figure 4 est une vue schématique représentant une variante du dispositif de codage. La figure 1 représente une pompe de perfusion de liquides médicaux comprenant un boîtier 2 et une cassette amovible 3. Le boîtier 2 contient les éléments de commande et de programmation, ainsi que la source d'énergie pour plusieurs pompes à pistons, tandis que la cassette 3 comprend le dispositif d'aspiration de liquide, et de transfert de celui-ci vers un cathéter relié au patient. Les figures 2 et 3 représentent un système de transfert de liquide comprenant un cylindre de dosage 4 relié à une tubulure d'entrée 5 et une tubulure de sortie 6. Toutefois, cette représentation est purement schématique et ne fait, en aucun cas, partie de l'invention, ni ne doit être considérée comme limitative de l'invention. Un piston 7 animé d'un mouvement alternatif à l'intérieur du cylindre 4 est susceptible de créer une dépression à l'intérieur de celui-ci pour aspirer le liquide à partir de la tubulure d'entrée 5, et de refouler ce liquide dans la tubulure de sortie 6. Le dispositif, selon l'invention, comprend un moteur à courant continu dont le boîtier 8 est représenté au dessin et sur l'arbre de sortie duquel est calé un pignon 9. Ce pignon 9 engrène avec un pignon 10 qui est monté centré sur un arbre 12, avec possibilité de rotation autour de cet arbre, et de coulissement le long de cet arbre, le pignon 10 étant soumis à l'action d'un ressort 13 qui le pousse axialement vis-à-vis de l'arbre 12. Sur cet arbre 12 est calé un disque 14 contre lequel le ressort 13 maintient plaqué le piston 10. Cet arbre 12 est terminé, à l'une de ses extrémités, par une vis 15 qui est engagée dans un écrou 16 monté bloqué en rotation, mais susceptible de translation. Cet écrou 16 est entouré par une chemise 17 dont une extrémité est ouverte pour permettre l'engagement de l'écrou, et dont l'autre extrémité fermée sert à la fixa tion du piston 7. La chemise 17 est rendue solidaire de l'écrou 16 par l'intermédiaire d'un ressort 18 poussant l'écrou 16 contre le fond de la chemise 17 situé du côté du piston, ce ressort 18 prenant appui contre une butée amovible 19, telle qu'un circlips, située du côté de l'extrémité ouverte de la chemise. Sur cette chemise, est fixé un anneau 20 réalisé en un matériau électriquement conducteur. Cet anneau 20 est susceptible de se déplacer lors de l'avance et du recul de l'écrou 16 sur la vis et, par suite, de la chemise 17, entre deux positions dans lesquelles il vient en appui contre deux contacts durs 22 et 23 constitués par exemple par des circuits imprimés, montés sur le circuit d'alimentation électrique du moteur 8, et susceptibles, lorsque l'anneau 20 vient en appui contre une telle butée, d'arrêter le moteur et d'inverser le sens de rotation de celui-ci. La course du piston est donc déterminée par l'écartement entre les deux circuits imprimés 22, 23, diminué de l'épaisseur de l'anneau 20. L'extrémité de l'arbre 12, qui n'est pas équipée de la vis 15, sert au montage d'un disque 24 de codage. Dans la forme d'exécution, représentée aux figures 2 et 3, ce disque présente un certain nombre d'ouvertures ou de lumières disposées selon une répartition angulaire régulière, ces ouvertures et lumières étant susceptibles de laisser passer ou non le faisceau émis par une diode 25, et destiné à être reçu par un phototransistor 26. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 4, le disque de codage 25 comprend deux séries concentriques d'éléments conducteurs décalés angulairement d'une série à l'autre. Chaque série comprend des éléments flottants 26, s'étendant sur une certaine plage angulaire, et des éléments 27 reliés à la masse s'étendant sur une plage angulaire inférieure. Les deux séries d'éléments 26 et 27 sont décalées angulairement. Deux brosses 28, 29 prennent appui sur les deux séries d'éléments et sont reliées aux entrées d'une porte R-S. Il est ainsi possible, grâce au disque de codage, de disposer d'une information correspondant à une fraction de tour du disque, par exemple un dixième de tour de ce disque qui correspond à une avance linéaire du piston aisément déterminable et, par suite, à un volume connu de liquide aspiré ou refoulé selon le sens de déplacement du piston. A titre d'exemple, il est possible de déterminer dix positions angulaires du disque, sachant que la course du piston correspond à 5, 7 tours du disque, et la course du piston a 2 millimètres. Il est ainsi possible de détecter 57 positions sur 2 millimètres de course. Partant de la position représentée à la figure 2, lorsque la vis est entraînée dans un sens de vissage à l'intérieur de l'écrou 16, le piston 7 recule jusqu'à ce que l'anneau 20 vienne en appui contre le contact dur 23. A ce moment, l'ensemble écrou-chemise-piston est bloqué en translation, et le moteur reçoit une commande d'arrêt, l'arbre moteur étant susceptible de poursuivre, pendant cette phase d'arrêt, son pivotement grâce au limiteur de couple constitué par le disque 14, le pignon 10 et le ressort 13 qui leur sont associés. Le ressort 18 joue également dans ce sens là une fonction d'amortisseur. Au contraire, lors de la sortie du piston 7, c'est le contact 22 qui forme une butée pour l'anneau 20 et, par suite, pour le piston, et qui commande l'arrêt de l'avance du piston, puis le retour de celui-ci. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant une pompe de perfusion de structure extrêmement compact, dont le débit peut être maîtrisé de façon très précise sur des plages de débits très larges, par la mise en oeuvre des contacts durs, ainsi que par la mise en oeuvre du codage qui permet de diviser chaque course en un grand nombre de mouvements élémentaires procurant ainsi une bonne résolution. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif, décrites ci-dessus à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. C'est ainsi notamment que le dispositif d'alimentation et de sortie de liquide vis-à-vis de la chambre de dosage pourrait être différent, que le piston pourrait être réalisé en plusieurs parties dont une demeure en permanence dans la chambre de dosage et dont l'autre demeure solidaire de l'écrou, cet accouplement pouvant être fait par aimantation, que le retrait de la cassette 3 visà-vis du boîtier 2 pourrait se traduire par une commande du mouvement du piston dans un sens d'escamotage à l'intérieur du boîtier, ou encore que le contact dur pourrait être constitué non pas par des circuits imprimés, mais par d'autres types de contacts durs, tels que des anneaux entourant la chemise, formant butées pour l'élément conducteur fixé sur la chemise, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de commande du piston d'une pompe de perfusion de liquides médicaux, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à courant continu entraînant une vis (15) engagée dans un écrou (10) bloqué en rotation mais libre en translation, solidaire du piston (7) et sur lequel est fixé un élément (20) électriquement conducteur sur le parcours duquel sont disposés, de part et d'autre de l'élément conducteur, deux contacts durs (22, 23) montés sur le circuit d'alimentation du moteur et destinés à stopper le mouvement du moteur lorsque l'élément conducteur arrive en contact avec l'un d'eux, des moyens élastiques (10, 13, 14) étant prévus pour permettre la poursuite du mouvement du moteur au cours de sa phase d'arrêt, après que l'élément conducteur (20) soit arrivé contre un contact dur et empêche la poursuite du mouvement du piston (7). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque contact dur (22, 23) commande, en outre, le changement du sens de rotation du moteur. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les contacts durs (22, 23) sont constitués par des circuits imprimés. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vis d'entraînement (15) est calée sur un disque (14) sur lequel est plaqué, élastiquement et avec possibilité d'un jeu axial, un pignon (10) engrenant avec un pignon (9) calé sur l'arbre de sortie du moteur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'écrou (16) est disposé à l'intérieur d'une chemise (17) solidaire du piston (7), ouverte à son extrémité opposée à celle équipée du piston et dans laquelle l'écrou (16) est maintenu en pression élastique, sous l'action d'un ressort (18) le poussant vers l'extrémité de la chemise équipée du piston. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément conducteur (20) est constitué par un anneau monté autour de la chemise et fixé sur celle-ci. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que sur l'arbre (12) de la vis (15) est calé un disque de codage permettant de détecter des fractions de tour de la vis. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le disque de codage (24) comprend des ouvertures ou des fentes disposées selon une répartition angulaire régulière, tandis qu'une diode (25) et un phototransistor (26) sont disposés de part et d'autre du disque, de telle sorte que le faisceau émis par la diode peut être reçu par le phototransistor lorsqu'une ouverture ou fente du disque se trouve entre ces deux éléments. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le disque de codage (24) comprend deux séries concentriques d'éléments conducteurs (26, 27) décalés angulairement d'une série à l'autre, chaque série comprenant alternativement des éléments flottants (26) et des éléments (27) reliés à la masse, deux brosses (28, 29) prenant appui sur les deux séries d'éléments, qui sont reliées aux entrées d'une porte R-S.