Brevet FR2937723A1 — publié le 20100430

CARTOUCHE AVEC DETECTION DE NIVEAU DE REMPLISSAGE La présente invention concerne une cartouche pour contenir des fluides, avec un système de détection de niveau de remplissage. L'invention concerne en particulier une cartouche pour des produits médicaux liquides, tels que de l'insuline, du glucagon et des hormones de croissance, la cartouche comprenant un piston mobile ou plongeur pour expulser le liquide ou permettre simplement une modification de volume dans la cartouche. Les cartouches avec un piston ou plongeur sont bien connues dans les systèmes de pompe d'insuline dans lesquels une détection du niveau de remplissage de la cartouche est importante pour garantir que le système de pompe fonctionne correctement et/ou que le dosage correct est délivré et/ou pour signaler un remplacement de la cartouche. Divers systèmes de détection de niveau de remplissage de cartouche ont été 15 proposés comme décrit dans US 5704922, US 6352523, WO 2007/107558 et DE 102004040441. Dans le document US 5704922, une seringue comportant des points de contacts électriques pour mesurer des doses est présentée. Un inconvénient de ce système est le 2 0 risque de court-circuit entre les contacts menant à une lecture de niveau de remplissage erronée. De plus, compte tenu de la difficulté de réaliser un grand nombre de contacts, la précision du niveau de remplissage du système est faible. Le besoin de connecter les contacts sur le plongeur nécessite un connecteur qui est coûteux et volumineux. 25 Certains de ces inconvénients sont surmontés par des systèmes de détection de niveau de remplissage sans contact comme décrit par exemple dans le document US 6352523, DE 102004040441 ou le document WO 2007/107558. Dans ces systèmes connus, des électrodes sont positionnées de chaque côté de la cartouche pour mesurer la capacitance qui dépend, entre autres, des propriétés diélectriques entre les électrodes. Les 3 0 propriétés diélectriques dépendent du matériau formant les parois de la cartouche, de la distance séparant les électrodes, du matériau du plongeur, de la valeur diélectrique du liquide dans la cartouche et du niveau de remplissage. Etant donné que le liquide dans la cartouche a des propriétés diélectriques qui sont différentes de celles de l'air et du matériau du plongeur, la valeur de capacitance globale variera alors que le plongeur avance et que le liquide est expulsé de la cartouche. Un des inconvénients principaux de ce système de mesure est sa sensibilité à une interférence, et le besoin d'étalonner avec précision le système compte tenu de la dépendance vis à vis de nombreux facteurs affectant la mesure de la capacitance. La précision et la fiabilité d'un tel système peuvent être insuffisantes dans de nombreuses applications. Par ailleurs, le besoin d'ajuster le calcul de la mesure et d'étalonner la détection de niveau de remplissage de la cartouche en fonction du diamètre de la cartouche et du matériau utilisé pour la cartouche ainsi que des propriétés du liquide dans la cartouche est coûteux. Compte tenu de ce qui précède, un objet de la présente invention est de proposer une cartouche pour le stockage et la distribution de fluide, avec un système de détection de niveau de remplissage précis et fiable. Il serait avantageux de proposer une cartouche avec une détection de niveau de remplissage économique. Il serait avantageux de proposer une cartouche avec une détection de niveau de 2 0 remplissage qui peut être mise en oeuvre dans des cartouches de différentes tailles, de différentes formes et en différents matériaux qui soit facile à configurer et à étalonner. Les objets de la présente invention ont été réalisés en proposant la cartouche avec une détection de niveau de remplissage selon la revendication 1. 25 Une cartouche est présentée ici, laquelle comprend une paroi de retenue sensiblement rigide comportant une partie de paroi tubulaire entourant une chambre pour recevoir un liquide dans celle-ci, un plongeur ou piston mobile monté à l'intérieur de la chambre et configuré pour fermer hermétiquement un côté de la chambre, le plongeur ou 3 0 piston pouvant être déplacé d'une extrémité de plongeur de la partie de paroi tubulaire vers une extrémité d'orifice de sortie de la partie de paroi tubulaire pour permettre l'expulsion du liquide hors de la chambre, et un système de détection de niveau de remplissage15 capacitif, caractérisée en ce que le système de détection de niveau de remplissage comprend une pluralité d'électrodes fixes discrètes positionnées le long de la partie de paroi tubulaire de manière juxtaposée dans la direction de déplacement du plongeur ou du piston, et un élément d'électrode mobile complémentaire fixé au plongeur ou au piston et pouvant être déplacé avec celui-ci. La position du plongeur/piston, et ainsi le niveau de remplissage du fluide dans la chambre, sont déterminés par la lecture de la valeur de capacitance entre chacune de la pluralité d'électrodes fixes positionnées le long de la partie de paroi tubulaire et l'électrode mobile complémentaire sur le plongeur/piston, moyennant quoi l'électrode fixe qui fournit le signal le plus intense indique la position de l'électrode du plongeur. Les signaux provenant de la pluralité d'électrodes fixes peuvent être lus simultanément ou séquentiellement. De préférence, la pluralité d'électrodes fixes sur la partie de paroi tubulaire est connectée à un multiplexeur configuré pour activer et lire la pluralité d'électrodes séquentiellement d'une extrémité de la partie de paroi tubulaire à l'autre extrémité, ou dans n'importe quel ordre choisi. De façon avantageuse, le système de détection de niveau de remplissage selon l'invention ne dépend pas des propriétés des matériaux, de la forme, et des dimensions des 2 0 composants de la cartouche et du liquide contenu dans celle-ci et est ainsi particulièrement fiable et robuste. Par ailleurs, une détection de niveau de remplissage peut être facilement mise en oeuvre dans des cartouches de différentes tailles, de différentes formes et en différents matériaux pour une utilisation avec différents liquides, facilement et avec peu, voire aucun étalonnage. 25 D'autres objets et aspects avantageux de l'invention apparaîtront à la lecture des revendications et de la description détaillée qui suit et des dessins joints, sur lesquels : la figure la est une illustration d'une cartouche avec un système de détection de niveau de remplissage selon un mode de réalisation de la présente invention ; la figure lb est une vue en coupe transversale simplifiée à travers la cartouche de la figure la ; 30 la figure 1c est un graphe simplifié illustrant l'enveloppe d'un signal électrique de réponse des électrodes fixes du système de détection de niveau de remplissage de la figure la; la figure 2a est une illustration simplifiée d'une cartouche avec un système de détection de niveau de remplissage selon un autre mode de réalisation de la présente invention ; 10 la figure 2b est une vue en coupe transversale simplifiée à travers la cartouche de la figure 2a ; la figure 2c est un graphe simplifié illustrant l'enveloppe d'un signal de réponse pour les électrodes fixes du mode de réalisation de la figure 2a ; la figure 3a est une illustration simplifiée d'une cartouche avec un système de détection de niveau de remplissage selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention ; et 2 0 la figure 3b est un graphe simplifié illustrant l'enveloppe d'un signal de réponse pour les électrodes fixes du mode de réalisation de la figure 3a. En faisant référence aux figures, une cartouche 2, 2', 2" comprend une paroi de retenue 4, un orifice de sortie 6, un plongeur ou piston 8 et un système de détection de niveau de remplissage 10, 10', 10". 25 La paroi de retenue 4 comprend une partie de paroi tubulaire 12 s'étendant d'une extrémité d'orifice de sortie 14 à une extrémité de plongeur opposée 16 à proximité d'une position de départ du plongeur/piston 8 lorsque la cartouche est pleine. L'extrémité d'orifice de sortie 14, la partie de paroi tubulaire 12 et le plongeur/piston 8 définissent une 30 chambre 18 stockant un fluide 20 qui est expulsé à travers l'orifice de sortie 6 lorsque le plongeur/piston est avancé vers l'extrémité d'orifice de sortie 14. La partie de paroi 15 tubulaire 12 s'étend ainsi dans une direction de déplacement D du plongeur ou piston et a de préférence une forme cylindrique. La cartouche 2, 2', 2" peut par exemple être sous la forme générale d'une ampoule pour le stockage et la distribution d'un médicament liquide tel que de l'insuline, la cartouche étant installée de manière remplaçable dans un système de distribution, par exemple un dispositif de pompe à insuline. La cartouche peut également ne pas être remplaçable et être remplie, par exemple, par l'intermédiaire d'une vanne ou d'un joint d'étanchéité, à partir d'une source de liquide séparée. L'extrémité d'orifice de sortie 14 de la cartouche peut par exemple avoir la forme d'un capuchon avec une membrane hermétique aseptique qui est percée par une aiguille qui forme l'orifice de sortie 6 de la cartouche. L'aiguille 6 peut être reliée à un système pour la distribution d'un médicament liquide, tel que de l'insuline, à un patient. Le plongeur/piston 8 peut comprendre une butée avec des bagues d'étanchéité élastiques, ou une butée constituée intégralement d'un matériau élastique, par exemple un caoutchouc de silicone. La partie de paroi tubulaire de la cartouche 12 peut être constituée de verre, de 2 0 matière plastique ou d'autres matériaux non conducteurs appropriés pour le fluide 20 qui est contenu dans la cartouche. Le système de détection de niveau de remplissage 10, 10', 10" comprend une pluralité d'électrodes fixes 24, 24' discrètes agencées de manière juxtaposée le long de la 25 partie de paroi tubulaire 12 dans la direction D de déplacement du plongeur 8, et une électrode complémentaire 26 comprenant un élément d'électrode mobile 28 conducteur fixé au plongeur/piston 8. L'élément d'électrode mobile 28 a de préférence la forme d'un disque sensiblement 3 0 plan qui a une forme qui correspond essentiellement à un profil en coupe de la chambre 18. L'élément d'électrode mobile peut cependant être prévu sous d'autres formes et avec d'autres tailles sans s'écarter de l'étendue de l'invention. L'élément d'électrode mobile 28 peut être fixé, par exemple collé, à un côté arrière du plongeur/piston opposé au côté rempli de liquide de la chambre. L'élément d'électrode mobile peut cependant être monté dans le plongeur/piston par surmoulage, assemblage dans une cavité correspondante dans le plongeur/piston, ou monté du côté de contact avec le liquide du plongeur/piston 8. L'élément d'électrode mobile 28 peut avoir la forme d'un disque métallique qui est monté sur le plongeur/piston, ou pourrait avoir la forme d'une couche conductrice déposée sur un substrat ou directement sur une surface du plongeur/piston. L'élément d'électrode mobile pourrait également avoir la forme d'une couche de matériau conducteur qui est formée ou déposée lors d'un processus de moulage par injection ou de coulée pendant lequel le plongeur ou piston est également formé. Le système de détection de niveau de remplissage comprend en outre un circuit de traitement de signal 30 connecté à la pluralité d'électrodes fixes 24, 24' et à l'élément d'électrode mobile complémentaire 28 et configuré pour envoyer un signal électrique aux électrodes et pour lire la réponse de celles-ci. Le circuit de traitement de signal, dans un mode de réalisation préféré, comprend un multiplexeur et/ou un démultiplexeur de signaux pour envoyer des signaux électriques à chacune de la pluralité d'électrodes fixes 24, 24' discrètes et/ou les recevoir de celles-ci. Les électrodes fixes 24, 24' peuvent être utilisées soit en tant que récepteur, soit en tant qu'émetteur du signal de mesure électrique, 2 0 moyennant quoi l'électrode complémentaire 26, 26', 26" peut agir en tant que récepteur si la pluralité discrète d'électrodes agissent en tant qu'émetteurs, ou en tant qu'émetteur si la pluralité discrète d'électrodes agissent en tant que récepteurs. Le multiplexeur/démultiplexeur 30 permet l'application d'un signal électrique à la 25 pluralité d'électrodes fixes 24, 24' séquentiellement, c'est-à-dire l'une après l'autre, et la détermination du signal électrique de réponse pour chacune des électrodes fixes 24, 24', moyennant quoi le signal crête P apparaîtra pour l'électrode fixe 24m, 24m' discrète positionnée le plus près de l'élément d'électrode mobile 28, comme mieux illustré sur les figures le conjointement avec la, 2c conjointement avec 2a, et 3b conjointement avec 3a. 30 Etant donné que le signal de réponse dépend fortement de la position de l'élément d'électrode mobile 28, et ainsi de la position du plongeur/piston, mais pas des dimensions et des propriétés diélectriques de la cartouche de fluide, la position du plongeur/piston peut être déterminée de manière fiable et avec une grande tolérance à un bruit externe, à une température ou à d'autres facteurs qui peuvent affecter la lecture d'une valeur de capacitance. En faisant référence en particulier aux figures la, lb, la pluralité d'électrodes fixes 24 discrètes peut avantageusement comprendre des parties d'électrode 24a qui s'enroulent autour de la partie de paroi tubulaire 12 de la cartouche partiellement, par exemple comme montré sur la figure lb, ou complètement (non montré). Dans le cas d'une cartouche tubulaire cylindrique telle qu'illustrée, les parties d'électrode 24a formeraient ainsi des bagues partielles ou complètes agencées coaxialement autour de la chambre 28 à travers laquelle le plongeur/piston 8 est déplacé. L'espacement s entre des électrodes fixes 24, 24' adjacentes et la largeur w de chaque électrode dans la direction de déplacement D du plongeur/piston peuvent être ajustés pour prendre en compte le nombre d'électrodes par longueur unitaire de cartouche, l'espacement nécessaire entre des électrodes adjacentes pour un isolement électrique ou le découplage de l'effet capacitif, ou pour prendre en compte l'intensité de signal. En d'autres termes, la géométrie des électrodes fixes peut être ajustée pour optimiser la lecture du signal crête P. L'épaisseur t de l'élément d'électrode mobile 28, dans la direction de 2 0 déplacement D du plongeur/piston, peut être déterminée empiriquement pour une précision, une robustesse et une intensité de signal optimales. De préférence, l'épaisseur t de l'élément d'électrode mobile est inférieure au double de l'espacement s entre des électrodes fixes 24, 24' adjacentes, plus préférablement inférieure à 1,5 fois l'espacement s entre des électrodes fixes adjacentes. 25 Les électrodes fixes 24, 24' peuvent avoir la forme de conducteurs intégrés par surmoulage ou coulée dans le matériau formant la partie de paroi tubulaire de la cartouche pendant la formation de celle-ci. Les parties 24a, 24a' enroulées des électrodes fixes pourraient également être déposées sur une couche intérieure, ou sur une couche extérieure 30 de la partie de paroi tubulaire 12, par divers processus de dépôt de métal connus. Les électrodes fixes pourraient, dans encore une autre variante, être formées sur un substrat séparé, par exemple un substrat souple ou un substrat thermoformable qui est enroulé autour de la paroi de retenue 4 de la cartouche, et collé ou fixé par d'autres moyens à celle-ci, moyennant quoi le circuit de traitement de signal peut également être formé intégralement sur le substrat ou en variante relié à celui-ci par l'intermédiaire d'un connecteur sur le substrat ou par d'autres moyens d'interconnexion connus pour les circuits imprimés souples. Les électrodes fixes 24, 24' discrètes pourraient également être formées sur ou dans un logement avec une cavité correspondant à la forme externe de la cartouche de sorte que le logement (non montré) puisse être inséré sur la cartouche en tant qu'élément unique ou assemblé autour de celle-ci en divisant le logement en deux éléments ou en variante en utilisant un logement unique avec une cavité essentiellement en forme de U qui est montée dans une direction orthogonale à la direction de déplacement D sur la partie de paroi tubulaire de cartouche 12. Par conséquent, les électrodes fixes peuvent être formées dans ou sur la partie de paroi tubulaire 12 de la cartouche ou sur un élément séparé qui est positionné partiellement ou complètement autour de la partie de paroi tubulaire 12. Dans le mode de réalisation des figures l a à le, l'élément d'électrode mobile 28 est 2 0 connecté directement au circuit de traitement de signal 30 au moyen d'un fil conducteur 31 qui peut être un conducteur filaire isolé. Dans d'autres variantes, l'élément d'électrode mobile peut être connecté électriquement au circuit de traitement de signal 30 par l'intermédiaire d'une tige de poussée de plongeur constituée d'un ou comprenant un matériau conducteur connecté à son autre extrémité au circuit de traitement de signal, ou 25 par l'intermédiaire d'un ressort de poussée de piston/plongeur 31' constitué d'un ou comprenant un matériau conducteur, comme illustré dans le mode de réalisation des figures 3a, 3b. En faisant référence aux figures 2a à 2c, l'élément d'électrode mobile 3 0 complémentaire 28 est couplé de manière capacitive à un conducteur 34 de l'électrode complémentaire 26' s'étendant le long de la cartouche dans la direction de déplacement D et positionné d'un côté opposé de la paroi de retenue 4 de la cartouche par rapport aux électrodes fixes 24' discrètes, le conducteur 34 étant interconnecté au circuit de traitement de signal 30. Un avantage de ce mode de réalisation est que l'élément d'électrode mobile 28 ne nécessite pas une interconnexion électrique directe, moyennant quoi l'interconnexion électrique du conducteur d'électrode complémentaire 34 et des électrodes fixes 24' discrètes au circuit de traitement de signal peut être effectuée sans interconnexions à des parties mobiles. Le conducteur d'électrode complémentaire 34 agit ainsi en tant qu'électrode couplée de manière capacitive par rapport à l'élément d'électrode mobile 28. Il serait également possible, dans l'étendue de la présente invention, de diviser le conducteur d'électrode complémentaire 34 en une pluralité d'électrodes fixes discrètes agencées à l'opposé des électrodes fixes 24' afin de former des paires juxtaposées d'électrodes opposées interconnectées au circuit multiplexeur 30. Dans cette dernière variante, l'élément d'électrode mobile 28 agirait en tant qu'élément de couplage capacitif entre les paires respectives d'électrodes opposées agencées de chaque côté de la cavité de cartouche. Comme illustré dans le mode de réalisation de la figure 2b, les électrodes fixes 24' et le conducteur d'électrode complémentaire 34 opposé (ou les électrodes fixes opposées en faisant référence à la variante décrite ci-dessus) peuvent être enroulées chacune sur moins de la moitié du périmètre de la partie de paroi tubulaire 12 de la cartouche. Le conducteur d'électrode complémentaire 34 peut être monté ou déposé sur la cartouche par l'une quelconque des diverses techniques mentionnées ci-dessus par rapport aux électrodes fixes 24, 24'.20 REVENDICATIONS1. Cartouche (2) avec un système de détection de niveau de remplissage (10, 10', 10"), la cartouche comprenant une paroi (4) de retenue sensiblement rigide comportant une partie de paroi tubulaire (12) entourant une chambre (18) pour recevoir un fluide dans celle-ci, un plongeur ou piston (8) monté à l'intérieur de la chambre et configuré pour fermer hermétiquement un côté de la chambre, le plongeur ou piston pouvant être déplacé dans la chambre vers une extrémité d'orifice de sortie (14) de la cartouche, caractérisée en ce que le système de détection de niveau de remplissage comprend une pluralité d'électrodes fixes (24, 24') discrètes positionnées le long de la partie de paroi tubulaire de manière juxtaposée dans une direction de déplacement D du plongeur ou piston (8), et un élément d'électrode mobile (28) discret fixé au plongeur ou piston et pouvant être déplacé avec celui-ci, l'épaisseur moyenne (t) de l'élément d'électrode mobile discret dans la direction de déplacement D de l'élément d'électrode mobile étant égale ou inférieure à deux fois un espacement (s) entre lesdites électrodes fixes (24, 24') discrètes adjacentes. 2. Cartouche avec un système de détection de niveau de remplissage selon la revendication 1, dans laquelle le système de détection de niveau de remplissage comprend un circuit de traitement de signal (30) connecté à la pluralité d'électrodes fixes discrètes, le 2 0 circuit de traitement de signal comprenant un multiplexeur pour transmettre et/ou recevoir séquentiellement des signaux à/de chacune de la pluralité d'électrodes fixes discrètes. 3. Cartouche selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'élément d'électrode mobile discret est directement connecté électriquement au moyen d'un conducteur (31, 31') à un 25 circuit de traitement de signal (30). 4. Cartouche selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'élément d'électrode mobile discret est connecté à un circuit de traitement de signal (30) par l'intermédiaire d'un couplage capacitif à un conducteur d'électrode complémentaire (34) connecté électriquement audit 3 0 circuit de traitement de signal. 5. Cartouche selon la revendication 4, dans laquelle le conducteur d'électrode complémentaire s'étend le long de la partie de paroi tubulaire dans la direction dedéplacement D de l'élément d'électrode mobile discret d'un côté de la paroi de retenue de la cartouche essentiellement opposé à la pluralité d'électrodes fixes discrètes. 6. Cartouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle 5 l'élément d'électrode mobile discret comprend un élément en forme de disque électriquement conducteur assemblé au plongeur ou piston. 7. Cartouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la pluralité d'électrodes fixes discrètes comprennent chacune une partie d'électrode (24a) 10 enroulée autour de la partie de paroi tubulaire (12) sur plus de 180°. 8. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 précédentes, dans laquelle la pluralité d'électrodes fixes discrètes comprennent chacune une partie d'électrode (24a') enroulée autour de la partie de paroi tubulaire (12) sur moins de 180°. 9. Cartouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la pluralité d'électrodes fixes discrètes sont formées sur un substrat assemblé à la paroi de retenue (4) de la cartouche. 2 0 10. Cartouche selon la revendication 9, dans laquelle le substrat est un mince film souple. 11. Cartouche selon la revendication 9, dans laquelle le substrat a la forme d'un logement injecté ou moulé à partir d'un matériau isolant tel que du plastique. 25 12. Cartouche selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 précédentes, dans laquelle la pluralité d'électrodes fixes discrètes comportent des parties d'électrode (24a, 24a') formées directement sur ou dans la paroi de retenue (4) de la cartouche. 13. Procédé de détermination du niveau de remplissage d'une cartouche comprenant un 3 0 plongeur ou piston (8) mobile, et une pluralité d'électrodes fixes (24, 24') discrètes positionnées le long d'une partie de paroi tubulaire de la cartouche de manière juxtaposée dans une direction de déplacement D du plongeur ou piston, et d'une électrode mobile discrète fixée dans, sur ou au plongeur ou piston, le procédé incluant une opération de : 15lire une valeur de capacitance entre chacune de la pluralité d'électrodes fixes et l'électrode mobile discrète, moyennant quoi l'électrode fixe qui présente la valeur de capacitance la plus grande indique la position du plongeur ou piston. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel les valeurs de capacitance entre chacune de la pluralité d'électrodes fixes et l'électrode mobile sont lues séquentiellement au moyen d'un multiplexeur.