CH702437A1 - Pompe volumetrique alternative a membrane pour usage medical. - Google Patents

Abstract

Pompe (1) volumétrique alternative à membrane, destinée à des liquides et à un usage médical, comprenant une partie motrice (10) au sein de laquelle se trouvent un actuateur électromagnétique (11) intégrant au moins une bobine (12) et activant un piston (14) d’un organe (15) mobile en déplacement cyclique linéaire. La pompe comprend un corps de pompe (20) au sein duquel se trouve une membrane (22) précontrainte pouvant être translatée par déformation élastique d’une position normale de repos vers une position adjacente par transmission du travail d’un piston (14). Elle intègre des moyens pour détecter des variations hors tolérances de l’intensité du courant d’alimentation par des mesures, des moyens pour mesurer en continu la position de l’organe mobile (15) et des moyens de traitement et d’analyse, desdites mesures, pouvant générer au moins un signal d’alarme attestant la détection d’au moins un dysfonctionnement de la pompe.

Description

[0001] La présente invention se rapporte à une pompe volumétrique alternative à membrane, destinée au pompage de liquides dans le cadre d’un usage médical. Une telle pompe peut être une pompe entérale ou parentérale, typiquement une pompe à perfusion portable, en particulier une pompe doseuse à usage unique dont le débit est déterminé par avance.

[0002] Les pompes médicales miniaturisées à membrane et à usage unique sont pour l’essentiel formées de deux parties distinctes s’accouplant de manière amovible. Dénommée partie motrice, la première de ces parties est constituée d’un module réutilisable pourvu d’un système d’entraînement, par exemple à piston. Ce piston permet d’actionner une membrane élastique qui constitue véritablement une portion flexible de la paroi d’une chambre d’un corps de pompe. Ce dernier forme la seconde partie dite amovible de la pompe. Cette partie se présente sous la forme d’une cassette par laquelle transite le liquide à pomper et comprend donc à l’entrée un conduit d’amenée situé en amont de la membrane et à la sortie un conduit de refoulement disposé en aval de la membrane. Chacun de ces conduits est raccordé à une tubulure qui est raccordée en amont à une poche contenant un liquide et en aval à un cathéter. La cassette peut être aisément associée ou retirée de la partie motrice, généralement par coulissement. Une fois assemblées, ces deux parties forment une pompe particulièrement légère dont les dimensions hors tout sont typiquement de l’ordre de 50 × 50 × 25 mm seulement.

[0003] Comme décrit et illustré dans le document EP1 967 223, le système d’entraînement des pompes volumétriques dites alternatives est typiquement obtenu par le mouvement de va-et-vient d’un actuateur à piston. La force motrice pourra être celle, par exemple, d’un électro-aimant parcouru par un courant. Afin de pouvoir tirer pleinement partie de la force générée, le champ magnétique est de préférence canalisé par un circuit magnétique. Ce dernier est souvent formé par un pot entourant la bobine et par une pièce polaire qui ferme la partie supérieure de ce pot. Solidaire du piston et par lamême de son mouvement, la pièce polaire définit avec la partie supérieure du pot un entrefer dont l’épaisseur varie en fonction de la position du piston le long de sa course. En position de repos, le piston n’exerce qu’une faible pression contre la membrane du corps de pompe et l’entrefer est maximum. Cette position définit le point de départ d’un cycle de pompage où la membrane se trouve également dans sa position de repos et libère un volume maximum dans la chambre du corps de pompe. Grâce au champ magnétique que peut générer le solénoïde, la pièce polaire se trouve ensuite attirée par le pot jusqu’à venir s’accoler contre la partie supérieure de ce dernier. Le déplacement de la membrane réduit alors le volume de la chambre du corps de pompe et génère une surpression sur cette membrane. La pression exercée par celle-ci sur le liquide permet de vider la chambre en expulsant le liquide hors du corps de pompe par le conduit de refoulement. Lorsque la membrane amorce son retour en sa position initiale par relaxation élastique, le volume de la chambre s’accroît à nouveau progressivement jusqu’à reprendre sa valeur initiale maximum. Durant cette phase de retour, une dépression s’installe dans la chambre ce qui génère l’afflux d’un nouveau volume de liquide par le conduit amont. Des clapets anti-retour permettent d’empêcher l’écoulement du liquide dans le mauvais sens durant les phases de compression et d’admission.

[0004] Dans la phase de rapprochement de la pièce polaire jusqu’à son accolement contre le pot, le courant d’alimentation suit une courbe caractéristique qui permet de déterminer l’instant précis où la pièce polaire est arrivée en appui contre le pot. Dès cet instant, le courant utile d’alimentation de la bobine est interrompu pour permettre la remontée du piston à sa position initiale de repos en bouclant ainsi un cycle complet de pompage. Le retour du piston et de la pièce polaire dans sa position de repos s’opère typiquement par le biais d’une lamelle ressort dont la force de rappel est suffisante pour vaincre les forces de frottement et le poids de l’ensemble mobile.

[0005] L’un des inconvénients de ce dispositif d’entraînement réside dans le fait que le mouvement du piston n’est pas contrôlé dans sa course entre ses deux positions distales. Comme son mouvement influence directement celui de la membrane, le volume de liquide que celle-ci est capable de pomper ne peut être garanti avec une grande précision. Il s’ensuit que le débit de la pompe est susceptible de fluctuer de façon incontrôlable.

[0006] Par ailleurs, devenant libre dans son mouvement aussitôt que le courant d’alimentation est établi dans la bobine, la pièce polaire acquière une accélération croissante jusqu’à être stoppée dans sa course par la butée que constitue la face supérieure du pot. Malgré la relative courte longueur de cette course, typiquement comprise entre 0,2 à 2 mm, de préférence de l’ordre de 0,5 mm, l’impact de la pièce polaire génère des nuisances peu souhaitables, en particulier à des fréquences de pompage atteignant 8 à 50 cycles par seconde. Bien qu’il ait été pensé d’amortir le choc de la partie mobile contre le pot par l’agencement d’un organe amortisseur fortement compressible, réalisé par exemple en un matériau résilient tel que de la mousse, ce moyen ne donne toutefois pas satisfaction en raison de son usure important constatée sur une longue période de fonctionnement de la pompe et de la perte de précision en volume que cela engendrerait.

[0007] Un autre inconvénient découlant des pompes décrites précédemment réside dans le manque de sécurité pour le patient. Leur utilisation peut présenter un certain nombre de dangers pour ce dernier en raison de plusieurs dysfonctionnements dont les principaux sont les suivants: apparition d’air dans la ligne de perfusion, occlusion amont survenant par exemple lorsque la tubulure est coudée ou que la poche de perfusion est vide, occlusion aval survenant par exemple lors du maintien en position fermée d’un robinet ou lorsque la voie d’accès au patient est obstruée, déconnexion amont de la tubulure, déconnexion de la tubulure en aval du corps de pompe, absence ou disposition incorrecte de la cassette dans la partie motrice.

[0008] Dans le premier et le quatrième cas, à savoir lors d’apparition d’air ou d’une déconnexion amont (engendrant une aspiration d’air), l’effort que doit fournir la pompe devient moindre du fait que le pompage de l’air requiert moins de force que le pompage d’un liquide de perfusion. Ainsi, le courant absorbé par la bobine diminue également (environ -20%) pour une tension d’alimentation qui reste constante.

[0009] Dans le cas d’une occlusion amont, la force intrinsèque de la membrane élastique n’est plus suffisante pour que celle-ci puisse revenir à sa position initiale de repos. De ce fait, la position initiale de départ du cycle suivant sera modifiée. Ceci aura pour principal effet de réduire la valeur de l’entrefer. Ainsi, le courant absorbé par la bobine au début du cycle suivant sera bien en deçà de la valeur normale (environ -75%).

[0010] En présence d’une occlusion aval, c’est le phénomène inverse qui se produit. En raison de la surpression aval, la membrane est freinée voire stoppée dans son mouvement avant même d’atteindre sa position de travail la plus distante de sa position de repos. Ce regain d’effort se manifeste par une augmentation significative (environ +25%) du courant d’alimentation de la bobine.

[0011] Dans l’avant dernier cas de figure, à savoir celui de la déconnexion aval située en particulier à proximité du corps de pompe, une diminution brutale de la pression survient en aval de la membrane. Cette baisse de pression implique une réduction de l’effort que doit fournir la membrane ce qui se traduit par une diminution du courant absorbé par la bobine.

[0012] Dans les dispositifs connus à ce jour, la détection d’une variation du courant d’alimentation en dehors d’une plage de tolérance prédéfinie (typiquement ± 5% de la valeur du courant normal à un instant donné) engendre l’émission d’un signal d’alarme informant aussitôt le patient ou le clinicien de l’avènement soudain d’une anomalie. Dans pareil situation, des mesures adéquates doivent être prises aussitôt pour assurer la thérapie souvent essentielle du patient, voire la survie de ce dernier.

[0013] En n’ayant recours qu’à la seule détection d’une variation hors normes du courant d’alimentation sans autre moyens de détection additionnel, les pompes de ce type ne permettent pas d’être qualifiées comme suffisamment fiables. Ceci se comprend particulièrement quand la vie du patient en dépend. La fiabilité de tout dispositif ne peut être effective que par une surabondance de contrôles ou de moyens de détection des différentes anomalies possibles.

[0014] Dans ce but, il est connu de proposer l’agencement d’appareils additionnels disposés sur la tubulure du circuit d’alimentation ou de refoulement de la pompe. De tels appareils peuvent être par exemple un système de détection de gouttes qui permet de détecter le moment où la poche de perfusion est vide grâce à un système de contrôle optique qui s’insère sur la chambre à goutte. Un autre appareil pourrait être celui visant à détecter l’apparition d’air au moyen d’un organe de détection par ultrasons disposé autour de la tubulure. On citera encore un système de détection de pression constitué par un capteur de pression (jauge de contrainte, capteur inductif) faisant l’objet d’un dispositif intégré au sein de la tubulure et qui permet de prévenir une occlusion.

[0015] L’inconvénient communs à tous ces systèmes additionnels réside dans le fait qu’ils augmentent singulièrement le nombre d’appareillages qu’il devient nécessaire de mettre en place pour pouvoir assurer un fonctionnement fiable de la pompe et obtenir des moyens de contrôle surabondants sur les possibles dysfonctionnements de cette dernière.

[0016] Le but de la présente invention vise à pallier au moins en partie les problèmes et inconvénients précités en intégrant au sein de la pompe des moyens additionnels de mesure continuelle qui permettent, à chaque cycle de pompage, d’obtenir des mesures supplémentaires d’un autre type qui soient caractéristiques de l’état instantané de la pompe. Par ce biais, ces données peuvent être exploitées d’une part comme mesures de contrôle surabondantes pour accroître et attester la fiabilité de la pompe, et d’autre part comme mesures pouvant être exploitées par des moyens d’asservissement de la position de l’organe mobile de la pompe, entre les deux extrémités de sa course, pour en contrôler son mouvement.

[0017] A cet effet, la présente invention a pour objet une pompe volumétrique alternative à membrane pour usage médical selon la revendication 1.

[0018] Avantageusement, l’adjonction de tels moyens embarqués dans la pompe confère à cette dernière un ensemble simple, unique et compact qui évite le recours à l’utilisation de plusieurs dispositifs annexes pour garantir la sécurité du patient. De plus, le traitement de données additionnelles et indépendantes des mesures effectuées sur le courant ou la tension d’alimentation de la bobine, permet de contrôler le mouvement de l’ensemble des organes mobiles de la pompe (membrane, piston, partie polaire), en dehors de leurs deux positions opposées les plus éloignées. Avantageusement encore, l’objet de la présente invention permet d’augmenter l’autonomie des pompes fonctionnant à batterie ou à pile et de réduire l’usure et les nuisances générées principalement par les mouvements répétés de la pièce polaire. De telles nuisances peuvent être non seulement de type sonore mais également être formées d’une onde de choc propagée dans les tubulures par le mouvement du piston. Ce phénomène engendre des secousses dans les tubulures reliées au corps de pompe.

[0019] En outre le faible encombrement et la grande autonomie des pompes conformes à l’objet de la présente invention les rendent parfaitement adaptées à une application ambulatoire tout en garantissant une utilisation et une installation simple et fiable.

[0020] D’autres avantages et spécificités apparaîtront à la lumière de la description qui va suivre et qui se réfère à un mode de réalisation préféré de l’objet de l’invention, pris à titre nullement limitatif et illustré schématiquement et à titre d’exemple par les figures annexées dans lesquelles: <tb>La fig. 1<sep>est une vue en élévation et en coupe verticale de la pompe selon l’invention. <tb>La fig. 2<sep>est un schéma illustrant les moyens mis en œuvre pour traiter et exploiter les signaux caractéristiques de l’état instantané de la pompe. <tb>La fig. 3<sep>est un graphique représentant, sur un cycle complet de pompage et en situation normale, une première courbe caractéristique de la position de l’organe mobile de la pompe et une seconde courbe caractéristique du courant d’alimentation absorbé par la partie motrice de la pompe.

[0021] En référence à la fig. 1, celle-ci illustre une pompe 1 volumétrique alternative à membrane, en particulier une pompe à usage unique, utilisée dans le domaine médical pour aspirer des liquides depuis un réservoir et l’injecter dans un corps vivant (humain ou animal) au moyen d’une tubulure et d’un cathéter. Ces liquides peuvent être typiquement des solutions sanguines ou des solutés médicamenteux.

[0022] Comme on peut le constater, cette pompe à usage unique est formée de deux parties distinctes, à savoir d’une partie motrice 10 réutilisable et d’un corps de pompe 20 à usage unique rapporté de manière amovible à la partie motrice, par exemple au moyen d’un système à coulisse (non illustré).

[0023] La partie motrice 10 comprend essentiellement un actuateur électromagnétique 11. Ce dernier est formé d’au moins une bobine 12 agencée dans un circuit magnétique constitué de préférence par un pot 13. Selon le mode de réalisation préféré, le pot 13 est réalisé en trois parties, 13a, 13b, 13c à partir d’un ou de plusieurs matériaux ferromagnétiques pour pouvoir canaliser au mieux le flux magnétique généré par la bobine. La source d’énergie électrique, non représentée dans cette figure, peut être embarquée au sein de la pompe 1, par exemple sous la forme d’une pile ou d’une batterie, ou être maintenue à l’extérieur de la pompe 1. Dans ce dernier cas, des moyens de connexion seront prévus pour pouvoir relier la pompe à sa source d’énergie.

[0024] Au centre de la bobine se trouve un piston 14 formant l’élément central d’un organe 15 mobile en déplacement cyclique linéaire. Le guidage de l’organe mobile, en particulier du piston 14, est obtenu par deux paliers 16a, 16b réalisés de préférence en un matériau amagnétique, autolubrifiant. Dans le but de réduire autant que possible les frottements dans les paliers et d’éviter des effets indésirables lors de son déplacement (forces perturbatrices, courant de Foucault), on notera que les paliers et le piston sont de préférence réalisés dans des matériaux à faible coefficient de frottement, comme par exemple la céramique et le métal dur. Suivant le mode de réalisation préféré de l’invention, la partie supérieure de l’organe mobile est constituée d’une pièce polaire 17 rendue solidaire du piston 14 et qui détermine avec ledit pot 13 un entrefer 5 dont l’épaisseur varie en fonction de la position de l’organe mobile sur son axe de déplacement 15 ́.

[0025] Pour garantir le bon fonctionnement de la pompe dans n’importe quelle position, un organe de compensation 19 est agencé dans la partie motrice en appui contre la pièce polaire 17. Cet organe contraint, en tout temps, la partie mobile 15 à être en contact avec la membrane élastique 22. Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, cet organe de compensation 19 est constitué d’un ressort de compression dimensionné pour délivrer une force très légère, juste suffisante pour remplir sa fonction. Cette force est légèrement supérieure au poids de l’organe mobile 15 additionné des forces de frottements dans les paliers 16a, 16b.

[0026] La seconde partie principale de la pompe 1 est constituée par un corps de pompe 20 se présentant sous la forme d’une cassette amovible comprenant une chambre au sein de laquelle se trouve une membrane 22. De nature élastique, cette membrane précontrainte est destinée à être en contact avec un liquide pouvant être contenu dans la chambre. La partie périphérique 22a de la membrane est reliée au corps de pompe de sorte à ce que la membrane 22 puisse, par elle-même, constituer une portion extensible de la paroi de la chambre du corps de pompe. Selon le mode de réalisation préféré, la partie centrale dédiée à l’actionnement de la membrane comprend un bossage 22b établissant un renfort utile pour transmettre, à une partie amincie 22c de la membrane, la force exercée par le piston 14 sur cette dernière. Ainsi, la membrane peut être translatée, par déformation élastique, d’une position normale dite de repos en une position adjacente par la transmission du travail véhiculé par le piston. A cet effet, la partie terminale inférieure du piston 14 sera de préférence en appui direct contre la surface extérieure de la membrane, au droit du bossage 22b.

[0027] Un premier clapet 23, de type anti-retour, est agencé à l’entrée de la chambre, en amont de la membrane 22. Ce clapet vise à fermer l’extrémité interne d’un conduit d’admission 24 et à empêcher ainsi tout refoulement de liquide du côté de l’entrée du corps de pompe. Un second clapet 25 du même type, sans être nécessairement identique, est disposé en aval de la membrane afin d’empêcher tout écoulement gravitaire au travers d’un conduit de refoulement 26 situé à la sortie du corps de pompe, lorsque la pompe n’est pas actionnée. On mentionnera toutefois que la fonction visant à empêcher tout écoulement gravitaire pourrait être attribuée au premier clapet 23 plutôt qu’au second clapet 25.

[0028] Selon l’invention, la précontrainte appliquée à la membrane 22 est dimensionnée de sorte à ce qu’elle soit suffisante pour pouvoir à elle seule ramener l’organe mobile en position de repos. En d’autres termes, la force élastique inhérente à la membrane, qui se manifeste lorsque celle-ci est déformée, est calculée pour pouvoir aspirer un nouveau volume de liquide à pomper, vaincre le poids de l’organe mobile 15 additionné des forces de frottement et de la force exercée par l’organe de compensation 19. Elle sera alors à même de pouvoir repousser l’organe mobile 15 vers sa position initiale sans avoir recours à un moyen complémentaire.

[0029] En référence à la fig. 2, celle-ci illustre des moyens 30 permettant d’une part de détecter des variations hors tolérances de l’intensité I du courant d’alimentation de la bobine, et d’autre part de générer au moins un signal d’alarme 35 et, si nécessaire, d’interrompre aussitôt ce courant. La détection et le traitement de ces possibles variations de courant hors tolérances s’effectue lors de chaque cycle du piston, typiquement au moyen d’un convertisseur 31 analogique/digital et d’une unité de traitement et de commande telle qu’un microprocesseur 32. Le convertisseur 31 ayant dans ce cas pour tâche de transformer le signal entrant 33 caractéristique de la mesure du courant I de la bobine.

[0030] En plus de ces premiers moyens, l’objet de la présente invention intègre également des moyens 40 permettant de mesurer en continu la position de l’organe mobile 15 sur son axe de déplacement 15 ́. Tels qu’illustrés principalement à la fig. 1, ces moyens 40 sont constitués d’éléments électrooptiques comprenant un émetteur 41 générant un flux énergétique, par exemple un flux lumineux, un récepteur 42 fournissant un signal de réponse 43 dont l’intensité est caractéristique de la position de l’organe mobile 15 le long de sa course. Ils sont complétés par un moyen 45 de traitement et d’analyse du signal 43, tel qu’illustré à la fig. 2.

[0031] Selon le mode de réalisation préféré, l’émetteur 41 et le récepteur 42 sont situés de part et d’autre de l’organe mobile 15 et en vis-à-vis l’un de l’autre afin qu’au moins une partie du flux énergétique émis par l’émetteur 41 puisse être captée par le récepteur 42. La position de l’organe mobile 15 est déterminée par la variation de l’intensité du signal de réponse 43 qui est engendrée par le déplacement d’un obturateur 18. Solidaire de l’organe mobile 15, cet obturateur 18 vise à s’interposer partiellement entre l’émetteur et le récepteur en pénétrant au travers du flux énergétique afin d’influencer la quantité d’énergie reçue par le récepteur 42. Lorsque la membrane 22, et par là même l’organe mobile 15, se trouvent en position initiale de repos, comme illustré à la figure 1, l’obturateur 18 obstrue le flux énergétique d’une façon plus importante que lorsque la membrane et l’organe mobile 15 se trouvent dans leur position adjacente opposée, à savoir celle où l’entrefer 5 est réduit à sa valeur minimale. A noter que l’obstruction causée par l’organe de compensation 19 est considérée comme négligeable ou invariable. Typiquement, la largeur de la zone d’émission émanant de l’émetteur 41 sera légèrement plus grande que la longueur de la course de l’organe mobile 15. En mesurant continuellement le signal de réponse 43 et en connaissant les valeurs correspondantes de ce signal aux deux positions distales de l’organe mobile 15, il devient alors possible de déterminer en temps réel la position de cet organe ou en d’autres termes la position du piston 14 et par là même la position de la membrane 22. Le signal 43 peut donc être qualifié de signal de position de l’organe mobile de la pompe.

[0032] Selon la version préférée de l’invention, l’émetteur est constitué d’une diode électroluminescente (LED) et le récepteur d’un phototransistor sensible à la gamme de longueur d’onde de l’émetteur. De préférence encore, le spectre d’émission et de réception de ces moyens électrooptiques sera situé dans le domaine de l’infrarouge. Toutefois, on comprendra que d’autres longueurs d’ondes, notamment celles du domaine du visible, pourraient être utilisées. Aussi, bien que les moyens 40 aient été présentés comme étant des moyens de nature analogique et de type électro-optiques, on conviendra que des moyens d’un autre genre pourraient également être employés (par exemple à laser ou à ultrasons, voire numérique au moyen d’un codeur optique).

[0033] En revenant à la fig. 2, on constatera que les moyens 30 permettant de détecter des variations hors tolérances de l’intensité I du courant avant de générer un signal d’alarme 35 ainsi que le moyen 45 de traitement et d’analyse du signal 43 peuvent être physiquement constitués par les mêmes organes ou être intégrés dans des organes communs. Dans le présent cas, les organes 31 et 32 sont dédiés simultanément aux tâches des moyens 30 et 45 et peuvent être considérés comme constituant simultanément ces deux moyens. Il serait en effet inutile de prévoir l’agencement de deux microprocesseurs 32, l’un pour traiter les signaux 33 caractéristiques de l’intensité du courant I et l’autre pour traiter les signaux 43 de position de l’organe mobile, alors qu’un seul microprocesseur est parfaitement à même de réaliser simultanément ces deux tâches. Toutefois, on mentionnera que des moyens distincts 30 et 45 pourraient néanmoins être envisagés.

[0034] D’autres moyens 50 destinés à asservir la position de l’organe mobile 15 le long de son axe de déplacement 15 ́ peuvent encore être associés à la pompe 1, comme illustré dans la fig. 2. Ces moyens 50 visent essentiellement à exploiter les signaux 33, 43 de manière à contrôler le mouvement de l’actuateur électromagnétique 11, en particulier le mouvement de l’organe mobile 15, donc celui de la membrane 22, au cours de son déplacement sur son axe 15 ́.

[0035] En référence à la fig. 3, celle-ci représente un graphique illustrant une première courbe caractéristique de la position de l’organe mobile 15 et une seconde courbe caractéristique du courant d’alimentation I absorbé par la partie motrice 10 de la pompe. En abscisse, les courbes s’étendent sur un cycle complet de pompage. Les situations illustrées dans ces figures sont représentatives de conditions normales de fonctionnement de la pompe. Le début du cycle est représenté par l’instant to où le courant d’alimentation I de la bobine 12 est nul et où l’entrefer 5 se trouve à sa valeur maximum δmax. Cette situation correspond à celle représentée à fig. 1 où l’organe mobile 15 se trouve dans sa position la plus élevée. Entre l’instant t0et l’instant t1, l’organe 15 est resté immobile malgré la mise sous tension de la bobine. Ceci découle principalement de l’intervalle de temps nécessaire à la bobine pour créer un champ magnétique suffisant à compter de sa mise sous tension et se traduit par un pic de courant atteignant passagèrement une valeur maximum Imax- Cette valeur est également due à l’épaisseur maximum de l’entrefer à cet instant. Entre les instants t1 et t2, la vitesse de l’organe mobile, attiré en direction du pot 13 par le flux magnétique, est rendue relativement constante par réduction progressive du courant dans le même intervalle jusqu’à atteindre la valeur I1 en t2. A cet instant, la valeur δ1 de l’entrefer est suffisamment faible pour que l’énergie cinétique emmagasinée par l’organe mobile, de par son inertie, puisse compenser une réduction plus soudaine du courant atteignant une valeur minimale I2. Il s’ensuit une décélération progressive de l’organe mobile entre les instants t2 et t3durant lesquels le courant est progressivement rehaussé jusqu’à une valeur I3. L’intervalle de temps t3-t4correspond à la situation où l’organe mobile 15 est arrivé en bout de course. L’entrefer δ est alors réduit à sa valeur minimum δ min. Toutefois, un courant d’une intensité I3 est encore nécessaire pour pouvoir retenir l’organe mobile dans cette position en s’opposant à la force de rappel utile, générée par l’élasticité intrinsèque de la membrane 22. A partir de l’instant t4, le mobile amorce alors sa remontée en direction de sa position initiale. Le courant peut alors être totalement interrompu jusqu’à la fin du cycle. En reprenant sa forme initiale, la membrane va générer un effet de détente qui, entre les instants t4 et t5 va se traduire par une brève accélération due à la restitution de l’énergie libérée par la membrane, suivie d’une décélération entre t5et t6. En ce dernier instant l’organe mobile 15 est immobilisé et a atteint sa position initiale de repos.

[0036] En variante, il serait également possible d’influencer le mouvement de l’organe mobile durant sa phase de retour dans sa position initiale, par exemple en instaurant un pic de courant (illustré en trait interrompu à la fig. 3) au voisinage des instants t5et t6. De nombreux paramètres influencent directement les valeurs de courant aux différents instants évoqués, durant un même cycle de fonctionnement. Pour l’essentiel, ces paramètres correspondent à la valeur de l’entrefer, à la perméabilité des matériaux de l’organe mobile et de son circuit magnétique, à l’induction de la bobine, à la masse de l’organe mobile et aux frottements dans les paliers. Aussi, on précisera que, selon différents cas de figure, la valeur I2 pourrait être nulle, les valeurs I1et I3 pourraient être égales, et l’entrefer minimum δmin pourrait être réduit à zéro.

[0037] Avantageusement, on constate principalement que le mouvement de l’organe mobile 15 peut être contrôlé dans sa course entre ses deux positions distales. Par anticipation, on constate que l’intensité du courant d’alimentation de la bobine est variée en vue de modifier le comportement de l’organe mobile tout au long sa course. En particulier, l’effet de cette variation visera à amortir l’arrivée en bout de course de l’organe mobile et à prévenir ainsi les nuisances que celui-ci pourrait engendrer. La maîtrise du mouvement de cet organe, et par là même du débit de la pompe, est avantageusement rendue minutieuse grâce au moyen 45 de traitement et d’analyse rapide du signal de position 43.

[0038] Comme illustré à la fig. 2, le microprocesseur 32 du moyen 45 est à même de commander le moyen 50 dédié à l’asservissement de l’actuateur électromagnétique 11 pour en contrôler l’organe mobile 15. Grâce à des mesures pouvant être effectuées continuellement sur la durée de chaque cycle, on constate que les moyens 30, 40 ne se limitent nullement à délivrer une information de type tout ou rien mais permettent d’obtenir une réelle mesure en continu de l’état dans lequel se trouve l’actuateur électromagnétique de la pompe.

[0039] Grâce aux mesures 43 caractéristiques de la position de l’organe mobile 15, les moyens de traitement et d’analyse de la pompe disposent de mesures supplémentaires qui, avec les mesures 33 du courant d’alimentation de l’actuateur 11, permettent de diversifier les contrôles effectués durant le fonctionnement de la pompe et d’accroître ainsi autant sa fiabilité que la sécurité du patient.

[0040] Dans ce but, le microprocesseur 32 générera des signaux d’alarme 35 lorsque les valeurs caractéristiques du courant et/ou de la position de l’organe mobile sont situées en dehors de plages admissibles définies par avance. On notera que l’étendue des plages de tolérance associées aux mesures 33, 43, n’a nul besoin d’être constante mais peut au contraire varier, par exemple en fonction de l’importance de certains instants de mesure choisis.

[0041] Les signaux d’alarme attestent la présence d’au moins un dysfonctionnement détecté par la pompe. De tels dysfonctionnements seront typiquement l’apparition d’air dans les lignes de perfusion, une occlusion amont, une occlusion aval, une déconnexion amont de la tubulure, une déconnexion aval ou encore l’absence ou la disposition incorrecte de la cassette dans la partie motrice. Dans le cas d’une occlusion amont, la position initiale de départ du cycle suivant sera modifiée ce qui engendrera un signal de position 43 différent de celui qui devrait être généré normalement en position initiale. En cas d’occlusion aval, l’amplitude maximale du signal de position 43 ne pourra être atteinte ou ne sera égalée que tardivement du fait que la membrane sera freinée voire stoppée dans son mouvement. Si la cassette est absente du reste de la pompe ou s’y trouve mal introduite, la force engendrée par l’élasticité de la membrane ne pourra pas produire son effet visant à repousser l’organe mobile vers sa position initiale de repos. De ce fait, le signal de position 43 adoptera une valeur spécifique, caractéristique d’une épaisseur minimale de l’entrefer.

[0042] Avantageusement, on constate que les signaux 33, 43 permettent non seulement d’être exploités comme données de contrôle du fonctionnement de la pompe, mais peuvent également être employés pour asservir l’organe mobile 15 entre les deux positions distales qui définissent sa course.

[0043] On relève également que pour commander l’asservissement de l’organe mobile et/ou générer les alarmes, les signaux 33 et 43 peuvent soit être choisis indépendamment l’un de l’autre, soit être combinés par le microprocesseur 32 ou encore être utilisés de façon complémentaire par ce dernier.

[0044] Le signal d’alarme 35 peut ainsi découler de l’une ou l’autre de ces possibilités. Pour pouvoir bénéficier d’un degré de fiabilité élevé résultant du traitement d’une surabondance de mesures, le microprocesseur 32 aura préférentiellement recours à l’exploitation des deux signaux 33 et 43.

[0045] De manière générale, on constate que les moyens 30, 45 et 50 permettent de traiter et d’exploiter les signaux 33, 43 caractéristiques de l’état instantané de la pompe pour assurer son bon fonctionnement et accroître la sécurité du patient.

[0046] En variante, on mentionnera encore que l’actuateur électromagnétique 11 pourrait être constitué d’un moteur rotatif, par exemple à courant continu, intégrant des moyens de transformation d’un mouvement rotatif en un mouvement linéaire cyclique appliqué au piston 14. De tels moyens de transformations pouvant être obtenus typiquement par un système de came ou de bielle. Les moyens 40 visant à déterminer la position instantanée de l’organe mobile 15 pourraient alors inclure un capteur optique ou un codeur à effet Hall sur le moteur.

[0047] Dans une autre variante, ce moteur pourrait être constitué d’un actionneur pas-à-pas permettant de transformer un signal électrique (impulsion ou train d’impulsions de pilotage) en un déplacement (angulaire ou linéaire). Dans ce cas, les moyens 40 utiles à la mesure de la position instantanée de l’organe mobile 15 pourraient être avantageusement constitués de moyens de décomptage des pas ou des demi-pas de ce moteur, à savoir de moyens électroniques de calcul permettant de compter les impulsions de commande pour déterminer la position instantanée du piston.

[0048] L’actuateur électromagnétique 11 pourrait encore être constitué par d’autres types d’actionneurs, parmi lesquels on mentionnera encore l’actionneur électrodynamique linéaire de type «voice-coil».

Claims (11)

1. Pompe (1) volumétrique alternative à membrane, destinée au pompage de liquides dans le cadre d’un usage médical, comprenant d’une part une partie motrice (10) au sein de laquelle se trouvent: un actuateur électromagnétique (11) formé d’un circuit magnétique intégrant au moins une bobine (12) et activant un piston (14) d’un organe (15) mobile en déplacement cyclique linéaire, et d’autre part un corps de pompe (20) amovible au sein duquel se trouvent: une membrane (22) précontrainte pouvant être translatée par déformation élastique d’une position normale de repos vers une position adjacente par transmission du travail issu du piston (14), un premier clapet (23) anti-retour agencé en amont de ladite membrane (22) pour fermer l’extrémité interne d’un conduit d’admission (24) à l’entrée du corps de pompe (20) et empêcher tout refoulement de liquide, un second clapet (25) anti-retour agencé en aval de la membrane (22), l’un desdits clapets (23, 25) étant également destiné à empêcher tout écoulement gravitaire au travers d’un conduit de refoulement (26) situé à la sortie dudit corps de pompe (20), ladite pompe (1) comprend en outre des moyens (30) pour détecter à chaque cycle des variations hors tolérances de l’intensité du courant d’alimentation de l’actuateur (11) à partir de mesures (33) de ce courant, caractérisée en ce qu’elle comprend également des moyens (40) pour effectuer en continu des mesures (43) de la position instantanée de l’organe (15) mobile le long de son axe de déplacement (15 ́) et des moyens de traitement et d’analyse (30; 45) desdites mesures (33, 43) pouvant générer au moins un signal d’alarme (35) attestant la détection d’au moins un dysfonctionnement de la pompe.

2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre des moyens (50), commandés par au moins un desdits moyens de traitement et d’analyse (30; 45), pour asservir la position de l’organe mobile (15) tout au long de son axe de déplacement (15 ́).

3. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend un organe de compensation (19) qui délivre, en direction de la membrane (22), une force d’intensité légèrement supérieure à la somme du poids de la partie mobile (15) et des forces de frottements associées à l’organe mobile (15).

4. Pompe selon la revendication 1 ou 3, caractérisée en ce que la précontrainte appliquée à la membrane (22) est suffisante pour pouvoir aspirer un nouveau volume de liquide à pomper et ramener l’organe mobile (15) en position de repos.

5. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens (40) utiles à la mesure de la position instantanée de l’organe mobile (15) sont constitués de moyens électro-optiques comprenant un émetteur (41) générant un flux énergétique et d’un récepteur (42) fournissant un signal de réponse (43) dont l’intensité varie en fonction de la position de l’organe mobile (15) le long de sa course.

6. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la variation de l’intensité dudit signal de réponse (43) est obtenue par le déplacement d’un obturateur (18), associé à l’organe mobile (15), pouvant s’interposer entre l’émetteur (41) et le récepteur (42) pour influencer la quantité d’énergie reçue par le récepteur (42).

7. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de pompe (20) est constitué d’une cassette amovible à usage unique.

8. Pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit magnétique comprend un pot (13) en matériau ferromagnétique ceinturant ladite bobine (12) pour en canaliser le flux magnétique ainsi qu’une pièce polaire (17) solidaire du piston (14) qui détermine avec ledit pot (13) un entrefer (5) dont l’épaisseur varie en fonction de la position de l’organe mobile (15) sur son axe de déplacement (15 ́ ).

9. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston (14) est guidé en déplacement par des paliers (16a, 16b) amagnétiques et en ce que ce piston (14) et ces paliers (16a, 16b) sont réalisés dans des matériaux à faible coefficient de frottement, comme la céramique et le métal dur.

10. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’actuateur électromagnétique (11) est constitué d’un moteur rotatif intégrant des moyens de transformation d’un mouvement rotatif en un mouvement linéaire cyclique appliqué au piston (14).

11. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’actuateur électromagnétique (11) est constitué d’un moteur pas-à-pas linéaire ou rotatif et en ce que lesdits moyens (40) utiles à la mesure de la position instantanée de l’organe mobile (15) sont constitués de moyens de comptage des pas dudit moteur.