Brevet FR2737261A1 — publié le 19970131

La présente invention concerne des améliorations apportées aux pompes péristaltiques, notamment celles intervenant dans des appareils d'irrigation et d'aspiration de liquides physiologiques, avec régulation automatique de débit et de pression. L'évolution de l'endoscopie diagnostique vers l'endoscopie chirurgicale a induit de nouvelles contraintes, auxquelles doivent satisfaire les appareils et instruments mis en oeuvre. Les irrigateurs et aspirateurs médicaux appartiennent à cette catégorie de matériels. Initialement conçus pour dilater la cavité siège de l'observation, puis utilisés plus récemment pour créer de façon dynamique un "espace opératoire aseptique", ces appareils ont dû adapter leurs caractéristiques aux moyens thérapeutiques mis en oeuvre par des chirurgiens endoscopistes, moyens qui requièrent des réactions rapides pour garantir la sécurité des patients. Les pompes péristaltiques, comprenant un tube de transfert souple pincé successivement par des galets décrivant les uns derrière les autres un circuit fermé, sont d'un usage fréquent pour le transfert et la mise en pression de liquides agressifs ou stériles. Quels que soient leur forme et le nombre de leurs galets, les pompes péristaltiques courantes ne requièrent, à un instant quelconque de leur fonctionnement, que deux galets simultanément actifs. L'espace fermé situé à l'intérieur du tube de la pompe et délimité par ces deux galets constitue la chambre de transfert du liquide. Les pompes péristaltiques sont le type de pompe privilégié dans les applications médicales, en particulier dans les dispositifs de circulation extra-corporelle ou dans les dispositifs d'irrigation des cavités siège d'une intervention chirurgicale, comme en urologie ou en arthroscopie, où ces pompes sont déjà utilisées actuellement. A titre d'exemple de dispositif médical connu utilisant une pompe péristaltique, on peut ici citer l'appareil d'irrigation et d'aspiration chirurgical décrit dans les documents FR-A-2642297 et WO-A-9008562. Cependant, les pompes péristaltiques disponibles sur le marché délivrent généralement un flux cyclique, présentant des variations instantanées du débit pouvant dépasser 20 à 30 % du débit moyen de ces pompes. Ceci est illustré schématiquement par le diagramme de la figure 1, où le temps t est porté en abscisses, et le débit D en ordonnées. Ces variations du débit sont la conséquence des variations du volume des chambres de transfert durant les phases de dégagement des galets et aussi, de façon plus accessoire, de la compression du tube de transfert exercée par lesdits galets. De telles variations du débit pouvant constituer un grave inconvénient dans les applications chirurgicales, les fabricants de pompes péristaltiques se sont attachés à concevoir des dispositifs régulateurs ou amortisseurs, placés en sortie de pompe. Ces dispositifs, toujours passifs, ne sont généralement efficaces que pour une fréquence de battements donnée, donc pour une plage restreinte de fonctionnement. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, en fournissant une pompe péristaltique perfectionnée, pourvue d'un dispositif intégré de régulation du débit, compensant automatiquement les variations du débit en mettant directement à profit les galets coopérant avec le tube de transfert, donc d'une manière simple, économique et efficace sur toute la plage de fonctionnement de la pompe, de manière à garantir un degré de sécurité élevé dans les applications médicales. A cet effet, dans la pompe péristaltique objet de l'invention, du type comprenant un corps fixe ou stator et un circuit fermé de galets, entre lesquels passe un tube souple de transfert de liquide pincé par au moins deux galets consécutifs entre lesquels est définie une chambre de transfert, il est prévu qu'en aval de la zone du tube de transfert pincée par les galets, intervient sur ce tube, au moins un autre galet dont l'espacement, par rapport au corps fixe ou stator de la pompe, varie dans le temps et/ou dans l'espace de manière à compenser la variation de volume de la chambre de transfert lors de l'échappement du galet situé du côté aval de cette chambre, le débit de sortie de la pompe étant ainsi rendu sensiblement constant. Ainsi, l'idée de base de la présente invention réside dans une conception de pompe, grâce à laquelle la variation de volume de la chambre de transfert, occasionnée par la levée des galets, est compensée par l'action d'un galet supplémentaire. Par ce moyen simple, l'on obtient à la sortie de la pompe des variations de débit et de pression qui peuvent être de l'ordre de 2% par rapport aux valeurs moyennes. Ce mode de compensation peut être "dynamique", c'est-à-dire que la pompe comporte au moins un galet supplémentaire compensateur agissant de façon variable dans le temps sur le tube de transfert, à la manière d'un galet presseur, sous la commande d'un dispositif d'actionnement le rapprochant et l'éloignant alternativement du corps fixe ou stator de la pompe, au rythme du passage des autres galets sur ledit tube. Le dispositif d'actionnement du galet compensateur comprend, de préférence, une came solidaire du rotor de la pompe péristaltique, et agissant par l'intermédiaire d'un levier oscillant sur le galet compensateur, la came fixant ainsi la loi des déplacements de ce galet compensateur. Avantageusement, le ou les galets compensateurs sont d'un diamètre supérieur aux galets du rotor de la pompe, afin d'éviter l'occlusion complète du tube. Selon une autre forme de mise en oeuvre de l'invention, plus avantageuse que la précédente en ce sens qu'elle est encore plus simple, le mode de compensation est "passif", c'est-à-dire que la variation de volume des chambres, due au dégagement des galets du rotor, est compensée par une forme particulière du corps de pompe ou stator, ou encore du circuit des galets, sans nécessité d'un galet supplémentaire de compensation et d'un dispositif de commande de ce galet. Ceci revient notamment à réaliser une pompe péristaltique dont le corps fixe ou stator comporte, à la suite d'une zone évidée de rayon sensiblement constant où le tube de transfert est pincé par les galets, une zone de rayon progressivement croissant, ce rayon étant mesuré par rapport à l'axe du rotor.De préférence, la zone de rayon progressivement croissant s'étend sur un angle au moins égal à l'angle séparant deux galets consécutifs sur le rotor de pompe. Cette disposition vise - d'une part, à répartir la variation du volume de la chambre sur un angle égal à l'angle séparant deux galets consécutifs - d'autre part, à compenser la non-linéarité de la variation du volume de la chambre de transfert, par rapport à la hauteur de levée du galet en cours d'échappement ; - enfin, à compenser l'effet de compression des galets sur le tube de transfert du liquide. Le profil à donner au stator, dans la zone particulière considérée, doit donc être fonction du diamètre des galets du rotor, des caractéristiques du tube de transfert utilisé (diamètres intérieur et extérieur, dureté), et de la pression exercée par les galets sur le tube de transfert, c'est-à-dire l'écrasement de ce tube. Pour expliciter ce qui précède, le diagramme de la figure 2 représente la variation du volume V d'une chambre de transfert en fonction du pincement P du tube. L'axe des abscisses représente le pincement P en mm ; la valeur P = O correspond au contact du galet sur le tube sans pincement, la valeur P = 5 correspond à l'occlusion du tube, et la valeur P = 5,5 correspond à la compression de 0,5 mm des parois du tube, réalisée après occlusion. L'axe des ordonnées représente, en pourcentage, la variation du volume d'une chambre de transfert sous l'effet du pincement exercé par un galet, autrement dit, le volume occupé par ce galet à l'intérieur du tube de transfert. Dans cet exemple, il s'agit plus particulièrement de l'action d'un galet d'un diamètre de 16 mm sur un tube en silicone ayant un diamètre extérieur de 8 mm et un diamètre intérieur de 5 mm, le galet réalisant lors de la mise en action complète une compression des parois du tube de 0,5 mm. Dans la partie libre, c'est-à-dire avant occlusion complète du tube, la courbe C de variation du volume V par rapport à la hauteur du galet revêt une forme approximativement parabolique. La forme donnée au stator dans la zone de rayon progressivement croissant prend en compte les caractéristiques intrinsèques du système tube de transfert/galet, représentées sur la figure 2, afin de rendre la variation de volume proportionnelle à la variation angulaire.La variation devant être répartie sur 30 , les pincements sont déterminés d'après le diagramme de la figure 2 pour que 10 de variation angulaire corresponde à 3,33 % de variation du volume. Les rayons ainsi définis permettent de déterminer la forme du stator de la pompe, projetée sur un plan orthonormé, comme illustré sur la figure 3 où l'axe des abscisses x représente une droite tangente au rotor, la position x = 0 correspondant à la position médiane, c'est-à-dire le plan contenant l'axe du rotor, tandis que l'axe des ordonnées y représente le creusement du stator (les valeurs indiquées étant exprimées en millimètres).Plus généralement, la variation du rayon est une fonction, déterminée expérimentalement, dans laquelle interviennent l'angle, le diamètre du tube de transfert, le diamètre des galets et la précontrainte appliquée sur le tube dans la zone de rayon constant. L'exemple précédent est repris plus bas, avec des données numériques concernant les valeurs des rayons. Pour contribuer à éviter les variations de débit en sortie de pompe, il est en outre préconisé de prévoir un rotor de relativement grand diamètre, portant des galets relativement nombreux, afin de limiter la courbure du stator dans la zone d'action des galets. A cet égard, une disposition pratiquement "tangentielle" du rotor par rapport au stator de la pompe s'avère particulièrement avantageuse, non seulement pour limiter les variations de débit, mais encore de façon à faciliter le dégagement rapide de la tête de pompe par simple recul du rotor ou du stator, ce qui permet d'assurer un degré supplémentaire de sécurité. En particulier, le rotor de la pompe peut être monté sur un chariot mû par un vérin, permettant un dégagement rapide dans le sens radial, notamment en cas de surpression non maîtrisée. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, utilisant toujours un mode de compensation "passif", les galets sont portés par une bande ou courroie sans fin, qui dans la zone active des galets décrit une trajectoire sensiblement parallèle au corps fixe ou stator de la pompe, cette trajectoire s'éloignant ensuite de façon progressive du corps fixe ou stator. Un guide de profil approprié peut imposer ici la trajectoire convenable à la bande ou courroie sans fin, donc aux galets, de manière à obtenir l'effet de compensation désiré, conduisant à la constance du débit de sortie de la pompe. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de cette pompe péristaltique Figure 4 est une vue de face, partiellement en coupe, d'une première forme de réalisation de la pompe péristaltique selon la présente invention Figure 5 est une vue de face, partiellement en coupe, d'une deuxième forme de réalisation de cette pompe péristaltique Figure 6 est une vue de face, partiellement en coupe, d'une troisième forme de réalisation de cette pompe péristaltique. La figure 4 montre très schématiquement une pompe péristaltique, qui comporte un tube souple de transfert 1, un corps fixe ou stator 2 et un rotor 3 de forme générale cylindrique, monté tournant autour d'un axe 4 orthogonal à la direction du tube 1. Le stator 2 présente ici un évidement 5 de profil en arc de cercle, centré sur l'axe 4. Le rotor 3 porte, à sa périphérie, une pluralité de galets 6 répartis à intervalles angulaires réguliers, par exemple douze galets 6 séparés les uns des autres par des intervalles angulaires de 300. Dans une certaine zone de leur trajectoire circulaire, les galets 6 viennent pincer le tube de transfert 1, en le pressant contre le fond de l'évidement 5 du stator 2.Entre deux galets 6 consécutifs venant le pincer, le tube 1 possède une zone bombée 7 formant chambre de transfert du liquide, au moins deux galets 6 étant simultanément actifs à un instant quelconque. A l'aval du rotor 3, il est ici prévu un galet compensateur 8, qui décrit un mouvement oscillant, le galet compensateur 8 ayant avantageusement un diamètre supérieur aux galets 6 du rotor de pompe 3. Le galet compensateur 8 est porté par un premier bras d'un levier coudé 9, monté oscillant autour d'un axe d'articulation 10. Une came 11 est montée coaxialement au rotor 3, et est liée en rotation avec ce rotor 3, la came 11 possédant un profil élémentaire qui se répète tous les 300, donc en correspondance avec les galets 6 successifs du rotor 3. Le second bras du levier coudé 9 coopère avec la came 11, un ressort 12 appliquant l'extrémité libre 13 de ce bras de levier contre ladite came 11. La came 11 détermine ainsi la loi cyclique des déplacements du galet compensateur 8, qui agit sur le tube 1 du côté de la sortie de la pompe, en pressant plus ou moins ce tube 1 de manière à compenser la variation de volume due à la levée du galet 6 du rotor 3 qui est en train de s'écarter du tube 1. Ainsi, un débit de liquide D pratiquement constant peut être obtenu à la sortie de la pompe. La figure 5, sur laquelle les éléments correspondants à ceux déjà décrits sont désignés par les mêmes repères, montre une deuxième forme de réalisation, dans laquelle le galet compensateur et son dispositif de commande sont supprimés, et se trouvent remplacés simplement par un profil particulier de l'évidement 5, dans une zone 5a située du côté de la sortie du liquide, zone qui s'étend sur un angle au moins égal à l'angle séparant les galets 6 (soit 300 dans l'exemple donné). Ainsi, par rapport à l'axe 4 du rotor 3, le fond de l'évidement 5 comporte, dans la zone considérée, des rayons R1,R2,R3,..Rn progressivement croissants. La section utile de passage du liquide est donc croissante vers l'aval, ce qui permet de compenser la variation de volume observée lors de l'échappement d'un galet 6, de manière à obtenir un débit de liquide D pratiquement constant à la sortie de la pompe. A titre d'exemple, les rayons R1,R2,R3, etc...préconisés, mesurés tous les 5 dans une zone s'étendant sur un angle total de 30", peuvent être les suivants R1 = 74,50 mm R2 = 75,18 mm R3 = 75,69 mm R4 = 76,25 mm R5 = 76,85 mm R6 = 77,90 mm R7 = 80,00 mm pour un rayon nominal de 74,50 mm, dans une pompe dont le rotor 3 a un diamètre hors tout de 144 mm, et comporte des galets 6 ayant un diamètre de 16 mm et disposés tous de 30 , le tube de transfert 1 en silicone possédant un diamètre extérieur de 8 mm et un diamètre intérieur de 5 mm, et la compression des parois de ce tube 1 dans la zone de rayon constant étant de 0,5 mm. Comme le montrent encore les figures 4 et 5, le rotor 3 de la pompe péristaltique peut être dégagé rapidement du stator 2, dans le sens radial comme indiqué par une flèche F, libérant ainsi le tube de transfert 1 notamment en cas de surpression non maîtrisée. A cet effet, le rotor 3 est monté sur un chariot mû par un vérin, non représenté. La figure 6 montre une troisième forme de réalisation, dans laquelle le rotor cylindrique est remplacé par une bande ou courroie sans fin 14, qui passe sur deux poulies 15 et 16 et qui porte, à intervalles réguliers, les galets 6 venant successivement pincer le tube de transfert 1. Le stator 2 peut ici posséder, du côté du tube 1, une face d'appui 17 entièrement plane. Le dégagement des galets 6 s'effectue selon une loi adaptée, grâce à un guide 18 de profil spécial sur lequel passe la bande ou courroie 14, entre les deux poulies 15 et 16. Le guide 18 possède, dans la zone active des galets 6, un profil parallèle à la face d'appui 17 ; ce guide 18 comporte, plus en aval donc dans la zone de dégagement des galets 6, un profil arrondi qui s'éloigne progressivement de la face 17, ce profil étant déterminé de manière à ce qu'un débit de sortie D sensiblement constant soit obtenu. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette pompe péristaltique qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. REVENDICATIONS 1. Pompe péristaltique, du type comprenant un corps fixe ou stator (2) et un circuit fermé de galets (6), entre lesquels passe un tube souple (1) de transfert de liquide pincé par au moins deux galets (6) consécutifs entre lesquels est définie une chambre de transfert (7), caractérisée en ce qu'en aval de la zone du tube de transfert (1) pincée par les galets (6), intervient sur ce tube (1) au moins un autre galet (6 ; 8) dont l'espacement, par rapport au corps fixe ou stator (2) de la pompe, varie dans le temps et/ou dans l'espace de manière à compenser la variation de volume de la chambre de transfert (7) lors de l'échappement du galet (6), situé du côté aval de cette chambre (7), le débit de sortie (D) de la pompe étant ainsi rendu sensiblement constant. 2. Pompe péristaltique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un galet compensateur (8) agissant de façon variable dans le temps sur le tube de transfert (1), à la manière d'un galet presseur, sous la commande d'un dispositif d'actionnement (9 à 13) le rapprochant et l'éloignant alternativement du corps fixe ou stator (2) de la pompe, au rythme du passage des autres galets (6) sur ledit tube (1). 3. Pompe péristaltique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif d'actionnement du galet compensateur (8) comprend une came (11) solidaire du rotor (3) de la pompe, et agissant par l'intermédiaire d'un levier oscillant (9) sur le galet compensateur (8). 4. Pompe péristaltique selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le ou les galets compensateurs (8) sont d'un diamètre supérieur aux galets (6) du rotor (3) de la pompe. 5. Pompe péristaltique selon la revendication 1, caractérisée en ce que son corps fixe ou stator (2) comporte, à la suite d'une zone évidée (5) de rayon sensiblement constant où le tube de transfert (1) est pincé par les galets (6), une zone (5a) de rayon progressivement croissant (Rl,R2,...Rn), ce rayon étant mesuré par rapport à l'axe (4) du rotor (3). 6. Pompe péristaltique selon la revendication 5, caractérisée en ce que la zone (5a) de rayon progressivement croissant (Rl,R2,...Rn) s'étend sur un angle au moins égal à l'angle séparant deux galets (6) consécutifs sur le rotor (3). 7. Pompe péristaltique selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que, dans la zone (5a) de rayon progressivement croissant (Rl,R2,...Rn), la variation de ce rayon est une fonction de l'angle telle qu'elle rende la variation de volume de la chambre de transfert (7) proportionnelle à la variation angulaire. 8. Pompe péristaltique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que son rotor (3) est de relativement grand diamètre et porte des galets (6) relativement nombreux. 9. Pompe péristaltique selon la revendication 8, caractérisée en ce que le rotor (3) possède une disposition pratiquement "tangentielle" par rapport au stator (2) de cette pompe. 10. Pompe péristaltique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que son rotor (3) est solidaire d'un chariot mû par un vérin, permettant un dégagement rapide dans le sens radial (flèche F). 11. Pompe péristalique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les galets (6) sont portés par une bande ou courroie sans fin (14), qui dans la zone active des galets (6) décrit une trajectoire sensiblement parallèle au corps fixe ou stator (2) de la pompe, cette trajectoire s'éloignant ensuite de façon progressive du corps fixe ou stator (2). 12. Pompe péristaltique selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'il est prévu un guide (18) de profil approprié, imposant la trajectoire convenable à la bande ou courroie sans fin (14), donc aux galets (6), de manière à obtenir l'effet de compensation désiré.