Brevet FR2714181A1 — publié le 19950623

SYSTèME AUTOMATIQUE DE REPART1TION D'UN LIQUIDE BIOLOGIQUE La présente invention concerne un système automatique de répartition d'un liquide biologique notamment du sang, à partir d'une quantité de liquide recueillie par prélèvement pour être transférée vers au moins un poste d'analyse et y être déposée par l'intermédiaire d'une pompe motorisée agissant en aspiration et/ou en refoulement sur le liquide, selon une séquence programmée pour un volume prédéterminé de liquide à transférer. Dans de tels systèmes le rôle de la pompe est primordial, car c'est en effet celle-ci qui permet d'effectuer un dosage précis de la quantité de liquide à répartir. Par conséquent, son fonctionnement doit également être géré de manière précise et en combinaison avec une vanne de distribution du liquide vers des postes d'analyses différents. Or, s'il est connu de maîtriser le fonctionnement de la pompe en fonction d'une séquence de mouvement d'aspiration et de refoulement pour un volume déterminé, il n'est toutefois pas connu de maîtriser simultanément le fonctionnement de ladite pompe avec une vanne de distribution en fonction de leur état respectif à un instant donné. C'est précisément l'objectif de la présente invention, car il a été estimé selon une première phase de la démarche inventive que les paramètres de ces deux éléments devaient être gérés simultanément afin d'avoir une excellente précision de dépose. A cet effet, l'invention concerne un système automatique de répartition d'un liquide biologique notamment du sang, à partir d'une quantité de liquide recueillie par prélèvement pour être transférée vers au moins un poste d'analyse et y être déposée par l'intermédiaire d'une pompe motorisée agissant en aspiration et/ou en refoulement sur le liquide, selon une séquence programmée pour un volume prédéterminé de liquide à transférer, caractérisé en ce que: - la pompe est constituée par un piston motorisé actionné axialement dans un corps cylindrique correspondant par des moyens d'entraînement dans un sens du refoulement ou d'aspiration, et en ce que: - une vanne de transfert motorisée est montée en combinaison avec ladite pompe à son extrémité active de manière coaxiale et comporte au moins deux voies de circulation du liquide indifféremment dans un sens d'aspiration ou de refoulement. Selon un tel agencement, il a pu être obtenu la précision de dépose et de distribution recherchée, mais de plus il en est résulté un ensemble compact et silencieux. En outre, la solidarisation de la pompe et de la vanne, effectuée de manière coaxiale, l'une étant en prolongement de l'autre, a supprimé tous les changements de section des tubes de liaison entre la pompe et la vanne existant dans les systèmes connus à ce jour. Ces changements de section sont très nuisibles surtout lorsque le moteur de la pompe est commandé par impulsions car ils introduisent des impédances d'écoulement parasites. Par ailleurs, l'ensemble pompe-vanne selon l'invention permet une maintenance aisée du système. Il faut également préciser que le système de répartition de l'invention peut fonctionner en dépose de liquide contenu dans un réservoir central, mais il permet également d'effectuer des prélèvements et des déposes sur la même voie de circulation. D'autres caractéristiques de l'invention seront mises en évidence au cours de la description qui va suivre. Ces caractéristiques doivent être considérées isolement ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description est effectuée en référence aux dessins annexés illustrant, à titre d'exemples non limitatifs, comment l'invention peut être réalisée et dans lesquels: La figure l est une vue d'ensemble d'un système de répartition automatique dont la pompe et la vanne sont représentées en coupe longitudinale. La figure 2 est une vue en coupe transversale de la pompe selon la ligne IIin de la figure 1. Les figures 3a, 3b et 3c sont respectivement des vues en perspective de l'organe rotation, du disque intermédiaire et du support fixe de la figure l. La figure 4 est une courbe de fonctionnement du moteur de pompe. Le système automatique de répartition d'un liquide biologique représenté sur la figure l comprend une pompe l et une vanne de transfert et de distribution 2. La pompe l est constituée par un piston 3 actionné axialement dans un corps cylindrique 4 correspondant, par l'intermédiaire de moyens d'entraînement constitués par un moteur électrique 10, apte à entraîner ledit piston 3 dans un sens de refoulement R ou dans un sens d'aspiration A. Les moyens d'entraînement axial 5 du piston 3 de la pompe 1 sont constitués pour une vis sans fin 6 empêchée en rotation, réalisée sur une partie d'une tige 7 prolongeant le piston 3 et d'un écrou rotatif 8 solidaire du rotor 9 d'un moteur d'entraînement coaxial 10, de manière à ce que la rotation de l'écrou 8 implique un déplacement linéaire dans un sens axial ou dans l'autre de la vis sans fin 6, d'où du piston 3. La vis sans fin 6, d'où le piston 3, sont empêchés en rotation par l'intermédiaire de deux axes radiaux 11 et 12, s'étendant perpendiculairement de part et d'autre de la tige 7 prolongeant la vis sans fin 6 et coopérant avec des lumières de guidage longitudinales correspondantes 13 ménagées dans un fourreau concentrique 14 disposé en prolongement du moteur coaxial 10. De manière à limiter les frottements au maximum, les axes radiaux 11 et 12 coulissent dans les lumières de guidage 13 par l'intermédiaire de roulements à billes liA et 12A. De plus, le piston 3 comporte des moyens de détection de sa position constitués par deux couples de diodes électroluminescentes 15, 16 émettant sur des photo-transistors 15A, 16A fixés en regard les uns des autres sur le fourreau 14, de manière à créer des barrières lumineuses dans des zones correspondantes à des positions haute (PH) et basse (PB) dudit piston, I'indication de la position étant donnée par l'intermédiaire des axes radiaux d'antirotation 11, 12 coupant les barrières lumineuses à la fin de leur translation vers le haut ou vers le bas. Par ailleurs, lorsque le piston 3 est en position haute PH > il vient en butée contre la paroi latérale d'un passage 17 de forme conique dont l'angle sur sommet est plus petit que celui formé par la tête de piston 3. Ainsi, il est créé une dépouille résultant de la différence de conicité permettant d'éviter de piéger les bulles pouvant se former dans le liquide au cours de son transfert. De plus, afin de parfaire l'étanchéité de la tête de piston 3 avec la paroi du corps 4, un joint quadrilobe 3a, monté entre deux rondelles fendues d'antiextrusion, est disposé sous ladite tête, afin d'éviter les problèmes d'extrusion liés à l'utilisation d'un joint ordinaire. Egalement, le corps cylindrique 4 de la pompe 1 comporte une zone transparente étanche constituée par une lumière 18 dont la longueur est au moins égale à celle de la course du piston 3 en sa position haute PH et basse PB, de façon à visualiser cette position ainsi que le liquide contenu dans le corps 4. Comme le montre également la figure 1, une vanne de transfert 2 est montée en combinaison avec ladite pompe 1, à son extrémité active et de manière coaxiale, par l'intermédiaire de vis de fixation 19. La vanne de transfert 2 comporte une voie d'admission a du liquide en provenance par exemple d'un réservoir central (non représenté) vers le corps de pompe 4 au cours d'une aspiration I correspondant à un prélèvement et une pluralité de voies de distribution b,c,d,e du liquide par refoulement 11 à partir du corps de pompe 4 vers, par exemple, un poste d'analyse choisi (non représenté) par l'intermédiaire d'une voie commune centrale f. Plus précisément, la vanne de transfert 2 est constituée par un organe rotatif axial 20 entraîné par des moyens de commande motorisés 23 et comportant à sa partie inférieure dirigée vers un support fixe 21 avec lequel il est en contact, une chambre oblongue et borgne 24 s'étendant radialement, dont une extrémité 24a est en communication permanente avec un trou central f du support 21 lui-même en communication permanente avec le corps de pompe 4 et dont son autre extrémité 24b est susceptible d'être mise en communication avec la voie d'admission a, puis successivement avec l'une ou plusieurs des voies de distribution b,c,d,e dudit support 21. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe rotatif 20 et le support fixe 21 sont constitués par des pastilles cylindriques coaxiales en céramique. Mais préférentiellement et selon l'exemple de la figure 1, un disque intermédiaire fixe 22 est interposé entre le support fixe 21 et l'organe rotatif 20 et comporte une pluralité de trous a',b', c', d', e', f mis en correspondance permanente avec les trous a, b, c, d, e, fdudit support fixe 21. Le contact entre les pièces 21 et 22 est assuré, d'une part, par le serrage des vis de fixation 19, et, d'autre part, par un ressort 30 de compression. On pourrait bien entendu se passer du disque intermédiaire 22 et mettre directement en contact l'organe rotatif 20 avec le support fixe 21 comme évoqué précédemment, mais la céramique étant une matière très chère il a été préféré d'utiliser une pièce supplémentaire, mais pouvant en revanche être de petites dimensions. Ainsi, seuls sont réalisés en céramique le disque intermédiaire 22 et l'organe rotatif 20. L'entraînement en rotation de ce dernier s'effectue par l'intermédiaire d'un moteur électrique 23 dont l'arbre de sortie 25 comporte à son extrémité libre une fourche 26 coopérant avec un axe transversal 27 d'un organe d'entraînement 28, lui- même en liaison avec l'organe rotatif 20 par l'intermédiaire d'un pion 29 interposé entre l'organe d'entraînement 28 et l'organe rotatif 20 muni d'un trou radial 29a destiné au logement dudit pion 29. Le ressort 30 de compression est apte à assurer à la fois l'étanchéité et un contact glissant entre les pièces en céramique 20 et 22. De cette façon, seules ces pièces en céramique devront être changées. De plus, I'utilisation d'un tel matériau contribue à éviter les problèmes d'échauffement et d'isolation thermique par ailleurs résolus en grande partie par la construction générale du système conforme à l'invention. Cela est très important dans un domaine où les liquides, en l'occurrence biologiques, sont très sensibles aux variations de température. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de commande motorisés 23 de la vanne 2 sont associés à des moyens de détection de la position de celle-ci, en fonction des voies d'admission et/ou de distribution a, b, c, d, e mises en relation avec la voie centrale f par leur intermédiaire. Ces moyens de détection de la position de la vanne 2 sont constitués par un aimant rotatif 31 solidaire de l'arbre 25, par l'intermédiaire du support 31A, du moteur de commande 23 de la vanne 2, associé à un capteur à effet Hall 32 servant de détecteur de zéro de position, les autres positions de la vanne 2 se déduisant de manière connue dudit zéro de position. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moteur 10 de commande en déplacement linéaire du piston 3 ainsi que celui 23 de commande rotative de la vanne 2 sont des moteurs pas à pas respectivement commandés par un microprocesseur 33, en fonction des informations en provenance des détecteurs de position 15,15A,16,16A du piston 3 et d'un programme de séquences prédéterminées d'aspiration I et de refoulement II s'effectuant par l'intermédiaire de la vanne motorisée 2. Comme le montre la figure 1, les moteurs 23 de la vanne 2 et 10 du piston 3 sont reliés à des organes de commande respectivement 34 et 35 pilotés par le microprocesseur 33. C'est ainsi que, selon la figure 3, les paramètres de fonctionnement du moteur pas à pas 10 de la pompe 1, c'est à dire la fréquence f des impulsions de commande en fonction du temps t, sont programmables et mémorisés par le microprocesseur 33 en vue d'obtenir une courbe de vitesse v dont le profil est asymétrique, de manière que la phase de décélération finale v2 du moteur, à l'issue de laquelle est effectuée la dépose de liquide à analyser, soit plus rapide que le phase d'accélération initiale vl. Un tel asservissement offre l'avantage de permettre une dépose de liquide parfaitement dosé, notamment lorsqu'il s'agit de très faible quantité, en éliminant le problème de la goutte finale. REVENDICATIONS 1. Système automatique de répartition d'un liquide biologique notamment du sang, à partir d'une quantité de liquide recueillie par prélèvement pour être transférée vers au moins un poste d'analyse et y être déposée par l'intermédiaire d'une pompe motorisée agissant en aspiration et/ou en refoulement sur le liquide, selon une séquence programmée pour un volume prédéterminé de liquide à transférer, - la pompe (1) étant constituée par un piston (3) motorisé actionné axialement dans un corps cylindrique correspondant (4) par des moyens d'entraînement (5) dans un sens du refoulement (r) ou d'aspiration (a), et - une vanne de transfert motorisé (2) étant montée en combinaison avec an ladite pompe (3) à son extrémité active de manière coaxiale et comporte au moins deux voies de circulation du liquide (a, b, c, d, e, f) indifféremment dans un sens d'aspiration (I) ou de refoulement (II), caractérisé en ce que les moyens d'entraînement axial (5) du piston (3) de la pompe (1) sont constitués par une vis sans fin (6) empêchée en rotation, réalisée sur une partie d'une tige (7) prolongeant le piston (3), et d'un écrou rotatif (8) solidaire du rotor (9) d'un moteur d'entraînement coaxial (10), de manière à ce que la rotation de l'écrou (8) implique un déplacement linéaire dans un sens axial ou dans l'autre de la vis sans fin (6), d'où du piston (3). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vis sans fin (6), d'où le piston (3), est empêchée en rotation par l'intermédiaire de deux axes radiaux (11,12), s'étendant perpendiculairement de part et d'autre de la tige (7) prolongeant le vis sans fin (6) et coopérant avec des lumières de guidage longitudinales correspondantes (13) ménagées dans un fourreau concentrique (14) disposé en prolongement du moteur coaxial (10). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston (3) comporte des moyens de détection de sa position qui sont constitués par deux couples de diodes électroluminescentes (15, 16) émettant sur des photo-transistors (15A,16A) fixés en regard les uns des autres sur le fourreau (14), de manière à créer des barrières lumineuses dans des zones correspondantes à des positions haute (PH) et basse (PB) dudit piston, I'indication de la position étant donnée par I'intermédiaire des axes radiaux d'antirotation (11, 12) coupant les barrières lumineuses à la fin de leur translation vers le haut ou vers le bas. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vanne de transfert (2) comporte une voie d'admission (a) du liquide vers le corps de pompe (4) au cours d'une aspiration (I) correspondant à un prélèvement et une pluralité de voies de distribution (b, c, d, e) du liquide par refoulement (II) à partir du corps de pompe (4) par l'intermédiaire d'une voie commune centrale (f). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vanne de transfert (2) est constituée par un organe rotatif axial (20) entraîné par des moyens de commande motorisés (23) et comportant à sa partie inférieure dirigée vers un support fixe (21) avec lequel il est en contact, une chambre oblongue et borgne (24) s'étendant radialement, dont une extrémité (24a) est en communication permanente avec un trou central (f) du support (21), lui-même en communication permanente avec le corps du pompe (4) et dont son autre extrémité (24b) est susceptible d'être mise en communication avec la voie d'admission (a), puis successivement avec l'une ou plusieurs des voies de distribution (b,c,d,e) dudit support (21). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe rotatif (20) et le support fixe (21) sont constitués par des pastilles cylindriques coaxiales en céramique. 7. Système selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de commande motorisés (23) de la vanne (2) sont associés à des moyens de détection de la position de celle-ci, en fonction des voies d'admission et/ou de distribution (a, b, c, d, e) mises en relation avec la voie centrale (f) par leur intermédiaire. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de détection de la position de la vanne (2) sont constitués par un aimant rotatif (31) solidaire de l'arbre (25) du moteur de commande (23) de la vanne (2) associé à un capteur à effet Hall (32) servant de détecteur de zéro de position. 9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (10) de commande en déplacement linéaire du piston (3) ainsi que celui (23) de commande rotative de la vanne (2) sont des moteurs pas à pas respectivement commandés par un microprocesseur (33), en fonction des informations en provenance des détecteurs de position (15,15A,16,16A) du piston (3) et d'un programme de séquences prédéterminées d'aspiration (I) et de refoulement (II) s'effectuant par l'intermédiaire de la vanne motorisée (2). 10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les paramètres de fonctionnement du moteur pas à pas (10) de la pompe (1), c'est à dire la fréquence (f) des impulsions de commande en fonction du temps (t) sont programmables et mémorisés par le microprocesseur (33) en vue d'obtenir une courbe de vitesse (v) dont le profil est asymétrique, de manière que la phase de décélération finale (v2) du moteur, à l'issue de laquelle est effectuée la dépose de liquide à analyser, soit plus rapide que le phase d'accélération initiale (vl).