FR2458288A1 - Cardiac pump with pulsed action - has microprocessor controlled stepping motor acting via screw mechanism on pump diaphragm - Google Patents

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Abstract

The cardiac pump providing pulsed assistance includes a cover (14) mounted on a variable reluctance stepping motor (13). The drive shaft from the stepping motor extends vertically and is attached by a screw mechanism to a plate (15). The plate in turn is attached to a flexible membrane (16) which forms the lower surface of the pump chamber. Movement of the stepping motor directly affects the volume of the pump chamber. Input (17) and output (18) orifices are provided with valves controlling the flow of liquid. The stepping motor is controlled to make a series of incremental steps in the two directions by a microprocessor circuit. The same microprocessor is responsible for the control of the inlet and outlet valves. The pump provides a pulsed flow of blood akin to the natural heart action, which helps to ensure good transfer of blood to the body tissue.

Description

L'invention concerne une pompe médicale destinée à l'assistance cardiaque pulsative. The invention relates to a medical pump for pulsating cardiac assistance.

On connaît des pompes d'assistance circulatoire pulsative. Les pompes actuellement en usage sont des pompes à actionnement pneumatique, qui permettent en général de déterminer en valeur absolue la durée de l'aspiration et du refoulement, et d'ajuster les pressions négative d'aspiration et positive de refoulement. Par contre, elles ne permettent pas le réglage de la forme des diagrammes de remplissage et de refoulement, et ne permettent pas une auto-adaptation du volume refoulé à la fréquence. Certaines pompes ont également été développées, qui ont recours soit à des entraînements magnétiques, soit à des moteurs continus ou à des convertisseurs d'énergie électro-hydrauliques de type pompe axiale. Elles ont l'avantage par rapport au système pneumatique d'assurer une meilleure répétitivité du volume refoulé.Mais comme les pompes pneumatiques, elles ne permettent pas la modulation du cycle de pompage. Pulsative circulatory assistance pumps are known. The pumps currently in use are pneumatically actuated pumps, which generally make it possible to determine in absolute value the duration of the suction and discharge, and to adjust the negative suction and positive discharge pressures. On the other hand, they do not allow the shape of the filling and delivery diagrams to be adjusted, and do not allow self-adaptation of the volume delivered to the frequency. Certain pumps have also been developed, which use either magnetic drives, or continuous motors or electro-hydraulic energy converters of the axial pump type. They have the advantage over the pneumatic system of ensuring better repeatability of the pumped volume. But like pneumatic pumps, they do not allow the modulation of the pumping cycle.

On connaît également des pompes à débit continu, soit des pompes à galets, soit des pompes centrifuges. Ces pompes sont d'un emploi simple, par contre il est reconnu qu'un débit non pulsé est moins favorable physiologiquement qu'un débit pulsé, le premier assurant en cas d'altération du lit artériel une moins bonne perfusion des tissus qu'un débit pulsé. Continuous flow pumps are also known, either roller pumps or centrifugal pumps. These pumps are easy to use, on the other hand it is recognized that a non-pulsed flow is less physiologically favorable than a pulsed flow, the first ensuring in the event of alteration of the arterial bed a less good perfusion of tissues than pulsed flow.

L'invention a pour but d'améliorer la technique des pompes d'assistance circulatoire pulsative en permettant un fonctionnement répétitif coup par coup de la pompe, tant en ce qui concerne le volume refoulé que la forme des diagrammes de remplissage et de refoulement de la pompe. The invention aims to improve the technique of pulsating circulatory assistance pumps by allowing repetitive step-by-step operation of the pump, both with regard to the pumped volume and the shape of the filling and delivery diagrams of the pump.

L'invention telle qu'elle est caractérisée dans les revendications résoud le problème et propose une pompe pulsative caractérisée par le fait qu'elle est actionnée par un moteur à positionnement asservi, de préférence un moteur pas à pas réglé par microprocesseur de telle sorte que le déroulement d'un cycle ayant été déterminé et mis en mémoire en valeurs relatives par rapport à une période donnée, le fonctionnement de la pompe conserve les mêmes séquence avec les mêmes valeurs relatives pour n'importe quelle fréquence de fonctionnement.  The invention as characterized in the claims solves the problem and proposes a pulsating pump characterized in that it is actuated by a motor with controlled positioning, preferably a stepping motor regulated by microprocessor so that the progress of a cycle having been determined and stored in relative values with respect to a given period, the operation of the pump maintains the same sequence with the same relative values for any operating frequency.

Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent en de nouvelles formes de traitement des patients, formes qui n'étaient guère possibles avec les moyens connus. Ainsi la pompe selon l'invention permet de programmer le diagramme du débit, de connaître à chaque instant le volume éjecté, de fonctionner à débit moyen constant, la régulation automatique adaptant le volume éjecté à la fréquence de fonctionnement, ou inversement à volume éjecté constant quelle que soit la fréquence. Le diagramme des fonctions de refoulement et d'aspiration peut être programmé et maintenu semblable quels que soient la fréquence et le mode de fonctionnement choisi. La pompe peut être synchronisée automatiquement avec le rythme cardiaque, tout en pouvant être réglée en ses paramètres. Le débit peut être asservi, soit à celui d'une autre pompe, soit, par exemple, à la mesure du débit contre-latéral. The advantages obtained thanks to this invention consist of new forms of patient treatment, forms which were hardly possible with known means. Thus, the pump according to the invention makes it possible to program the flow diagram, to know at all times the ejected volume, to operate at constant average flow, automatic regulation adapting the ejected volume to the operating frequency, or conversely to constant ejected volume. whatever the frequency. The diagram of the discharge and suction functions can be programmed and kept similar regardless of the frequency and the operating mode chosen. The pump can be automatically synchronized with the heart rate, while being adjustable in its parameters. The flow can be controlled, either to that of another pump, or, for example, to the measurement of the counter-lateral flow.

En résumé, cette pompe trouve son application dans les domaines suivants : contrepulsation, assistance cardiaque auriculoventriculo-aortique ou pulmonaire, ainsi que dans l'assistance cardiaque bilatérale et dans la circulation extra-corporelle pulsative. In summary, this pump finds its application in the following fields: counterpulsation, cardiac atrioventriculo-aortic or pulmonary assistance, as well as in bilateral cardiac assistance and in pulsating extra-corporeal circulation.

Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus en détail à l'aide des dessins représentant seulement un mode d'exécution. In the following, the invention is explained in more detail using the drawings showing only one embodiment.

La figure 1 représente un électrocardiogramme normal, et en regard les diagrammes de la pompe. Figure 1 shows a normal EKG, and opposite the pump diagrams.

La figure 2 représente schématiquement la pompe proprement dite. Figure 2 shows schematically the actual pump.

La figure 3 représente le schéma bloc de la commande et de la régulation automatique de la pompe. FIG. 3 represents the block diagram of the automatic control and regulation of the pump.

La pompe est du type à membrane, et elle fait bloc avec le moteur d'entraînement (fig. 2). La bâche 14 est fixée sur un moteur à réluctance variable 13, c'est-à-dire un moteur pas-à-pas, disposé pour entraîner le déplacement d'un moyeu rigide 15, qui est relié à la bâche par une membrane souple, déformable 16. The pump is of the diaphragm type and forms a block with the drive motor (fig. 2). The cover 14 is fixed to a variable reluctance motor 13, that is to say a stepping motor, arranged to drive the displacement of a rigid hub 15, which is connected to the cover by a flexible membrane , deformable 16.

Le déplacement du moyeu 15 provoque la variation du volume à l'intérieur de la pompe, et il est directement fonction de la rotation du moteur. La rotation se faisant pas-à-pas, par in créments successifs et dans les deux sens, on connaît à chaque instant la position du moyeu 15 dans la bâche et donc le volume actif de la pompe, ainsi que le volume qu'elle a refoulé. Un circuit micro-processeur permet à l'utilisateur de programmer l'allure du déplacement de la pompe (fig. 3).The displacement of the hub 15 causes the variation of the volume inside the pump, and it is directly a function of the rotation of the motor. The rotation being done step by step, in successive in creations and in both directions, we know at all times the position of the hub 15 in the tank and therefore the active volume of the pump, as well as the volume it has repressed. A microprocessor circuit allows the user to program the movement of the pump (fig. 3).

Dans les orifices d'entrée 17 et de sortie 18 de la pompe sont disposées des vannes externes à la veine liquide, dont le fonctionnement est également commandé par le circuit micro-processeur. In the inlet 17 and outlet 18 ports of the pump are arranged valves external to the liquid stream, the operation of which is also controlled by the microprocessor circuit.

Le circuit micro-processeur de commande et de régulation automatique de la pompe (fig. 3) se compose de trois parties distinctes soit - l'acquisition des données 1 à 3 et les commandes 9 à 11 ; - le contrôle et le traitement des données au moyen des tables 5 à 8, y compris le micro-processeur proprement dit 4 ; - le module d'alimentation de puissance 12 du moteur. The microprocessor circuit for automatic control and regulation of the pump (fig. 3) is made up of three distinct parts: - data acquisition 1 to 3 and commands 9 to 11; - control and processing of data by means of tables 5 to 8, including the microprocessor proper 4; - the power supply module 12 of the engine.

L'acquisition des données et des commandes est assurée par un interface et multiplexeur d'entrée 1 lequel, selon une séquence et priorités définies par les périphériques 2 et 3 du microprocesseur 4, adaptera les données venues de diverses sources afin de les rendre compatibles avec le reste du circuit. De même l'interface de sortie 11 adaptera les signaux venus des ensembles (PIA B 8 et PIA D 10) pour la commande du moteur. The acquisition of data and commands is ensured by an interface and input multiplexer 1 which, according to a sequence and priorities defined by the peripherals 2 and 3 of the microprocessor 4, will adapt the data from various sources in order to make them compatible with the rest of the circuit. Similarly, the output interface 11 will adapt the signals from the assemblies (PIA B 8 and PIA D 10) for controlling the motor.

Le traitement des données stockées fait partie intégrante d'un programme 5 qui est chargé, en tenant compte des diverses valeurs des données et d'une table de base, de recréer à l'aide d'une nouvelle table appelée "Table de lecture" 8, dont les diverses valeurs fabriqueront les périodes séparant chaque impulsion de commande du moteur, la suite d'impulsions qui donnera au débit la forme du diagramme préétabli. Les tables de base d'éjection 6 et d'aspiration 7 contiennent, sous la forme de nombres représentant un intervalle de temps, la forme du diagramme voulu. Ces tables sont programmées d'une façon indépendante et leur nombre, d'où le choix des formes, n'est limité que par l'ampleur du bloc mémoire à disposition. The processing of stored data is an integral part of a program 5 which is responsible, taking into account the various values of the data and of a basic table, to recreate using a new table called "Reading table" 8, the various values of which will make up the periods separating each motor control pulse, the series of pulses which will give the flow rate the form of the preset diagram. The basic ejection 6 and suction 7 tables contain, in the form of numbers representing a time interval, the form of the desired diagram. These tables are programmed independently and their number, hence the choice of forms, is only limited by the size of the memory block available.

De plus, le circuit est prévu pour répondre à des demandes d'interruption pouvant venir des diverses sécurités et notamment du contrôle de pression dans les conduits.  In addition, the circuit is designed to respond to requests for interruption which may come from various safety devices and in particular from the pressure control in the conduits.

La commande de puissance 12 du moteur est d'un type conventionnel, avec sa logique de translation commandée par la succession des impulsions venant du micro-processeur. The power control 12 of the motor is of a conventional type, with its translation logic controlled by the succession of pulses coming from the microprocessor.

Le circuit comporte les éléments permettant : d'asservir la fréquence du moteur à la fréquence cardiaque, d'assurer un débit constant indépendant de la fréquence, de donner aux débits d'aspiration et de refoulement l'allure souhaitée, d'assurer un volume constant à chaque battement, d'asservir le débit moyen à celui d'une autre pompe en conservant toutes les possibilités de variations individuelles des caractéristiques, d'asservir le débit moyen au débit cardiaque mesuré, d'afficher le volume déplacé à chaque instant du cycle. The circuit includes the elements making it possible: to control the frequency of the motor to the heart rate, to ensure a constant flow independent of the frequency, to give the suction and delivery flows the desired pace, to ensure a volume constant at each beat, to control the average flow to that of another pump while preserving all the possibilities of individual variations of the characteristics, to control the average flow to the measured cardiac output, to display the volume moved at each instant of the cycle.

Des capteurs de pression, inclus dans les tuyaux d'entrée et de sortie, permettent de mesurer la variation de pression et le débit afin d'actionner un affichage, enclencher une alarme et réduire automatiquement le volume refoulé s'il y a lieu. Pressure sensors, included in the inlet and outlet pipes, measure the pressure variation and the flow in order to activate a display, set off an alarm and automatically reduce the pumped volume if necessary.

Toutes ces fonctions sont obtenues au moyen d'ensembles électroniques connus qu'il est superflu de décrire plus avant. All these functions are obtained by means of known electronic assemblies which it is superfluous to describe further.

La figure 1 illustre le fonctionnement : le diagramme A est un électro-cardiogramme normal qui permettra de bien comprendre le diagramme B qui représente les signaux de synchronisation, et le diagramme C qui représente le déplacement de la membrane de la pompe. FIG. 1 illustrates the operation: diagram A is a normal electro-cardiogram which will allow a good understanding of diagram B which represents the synchronization signals, and diagram C which represents the displacement of the diaphragm of the pump.

Le fonctionnement est le suivant : le diagramme du déplacement de la pompe est stocké dans ce que nous appelons une table de base. Ce diagramme servira de référence pour le circuit qui en recréera la forme quelle que soit l'amplitude du déplacement, c'est-à-dire la grandeur du volume éjecté VT La fréquence de fonctionnement du système peut être donnée par une horloge interne ou être déterminée par les signaux électriques cardiaques. The operation is as follows: the diagram of the displacement of the pump is stored in what we call a basic table. This diagram will serve as a reference for the circuit which will recreate its shape whatever the amplitude of the displacement, i.e. the magnitude of the volume ejected VT The operating frequency of the system can be given by an internal clock or be determined by heart electrical signals.

Le circuit enregistre alors à chaque signal la valeur de la période du battement écoulé, et adapte les temps de déplacement de la membrane de sorte que le réglage optimal choisi initialement est conservé, même si la période cardiaque varie. Le circuit permet également de maintenir un débit moyen constant, en déterminant automatiquement le volume éjecté VE à déplacer en fonction du débit moyen demandé, de la période T, et des durées respectives à l'intérieur de cette période du temps d'éjection et d'aspiration. Ce processus se répète pour chaque période, permettant une adaptation rapide aux variations du rythme cardiaque. The circuit then records at each signal the value of the period of the elapsed beat, and adapts the travel times of the membrane so that the optimal setting chosen initially is retained, even if the cardiac period varies. The circuit also makes it possible to maintain a constant average flow rate, by automatically determining the ejected volume VE to be displaced as a function of the average flow requested, of the period T, and of the respective durations within this period of the ejection time and d aspiration. This process is repeated for each period, allowing rapid adaptation to variations in heart rate.

Le débit moyen peut être soit affiché manuellement, soit être le résultat de calculs effectués par la micro-processeur à partir des paramètres mesurés de manière automatique sur le patient. Enfin, le circuit tient compte des valeurs maximales des contraintes admissibles sur les éléments du sang ; le niveau de ces contraintes étant prédéterminé, le système pourra, si les vitesses ou les variations de vitesse dépassent les limites fixées, soit enclencher une alarme, soit réduire automatiquement le volume éjecté de manière à se maintenir en deça des limites imposées. The average flow can either be displayed manually or be the result of calculations made by the microprocessor from the parameters measured automatically on the patient. Finally, the circuit takes into account the maximum values of the admissible stresses on the elements of the blood; the level of these constraints being predetermined, the system will be able, if the speeds or the variations of speed exceed the fixed limits, either to start an alarm, or to automatically reduce the ejected volume so as to remain below the limits imposed.

Dans l'exécution préférée on a décrit un moteur pas à pas, mais il est évident qu'il peut être fait usage de tout autre moteur, par exemple d'un moteur à courant continu à positionnement asservi.  In the preferred embodiment, a stepping motor has been described, but it is obvious that any other motor can be used, for example a DC motor with controlled positioning.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Pompe pulsative d'assistance cardiaque caractérisée par le fait qu'elle est actionnée par un moteur à positionnement asservi, de préférence un moteur pas à pas réglé par un circuit microprocesseur, de telle sorte que le déroulement d'un cycle ayant été déterminé en valeurs relatives par rapport à une période donnée, le fonctionnement de la pompe conserve les mêmes séquences avec les mêmes valeurs relatives pour n'importe quelle fréquence de fonctionnement. 1. Pulse pump for cardiac assistance, characterized in that it is actuated by a motor with controlled positioning, preferably a stepping motor regulated by a microprocessor circuit, so that the progress of a cycle having been determined in relative values compared to a given period, the operation of the pump maintains the same sequences with the same relative values for any operating frequency. 2. Pompe selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la fréquence de fonctionnement est asservie à la fréquence cardiaque. 2. Pump according to claim 1 characterized in that the operating frequency is controlled by the heart rate. 3. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que la pompe fonctionne en régime pulsé avec un débit constant quelle que soit la fréquence. 3. Pump according to claim 1, characterized in that the microprocessor circuit is arranged so that the pump operates in pulsed mode with a constant flow whatever the frequency. 4. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que la pompe assure, en tenant compte de la période cardiaque et des durées relatives d'aspiration et de refoulement, le refoulement à chaque battement d'un volume constant. 4. Pump according to claim 1, characterized in that the microprocessor circuit is arranged so that the pump ensures, taking into account the cardiac period and the relative durations of aspiration and delivery, the delivery with each beat of constant volume. 5. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que le dispositif donne aux débits d'aspiration et de refoulement l'allure souhaitée. 5. Pump according to claim 1, characterized in that the microprocessor circuit is arranged so that the device gives the suction and discharge rates the desired appearance. 6. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que le volume déplacé à chaque instant du cycle soit affiché. 6. Pump according to claim 1, characterized in that the microprocessor circuit is arranged so that the volume moved at each instant of the cycle is displayed. 7. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micro-processeur est disposé pour que le débit moyen soit asservi à celui d'une autre pompe en conservant toutes les possibilités de variations individuelles des caractéristiques de pompage. 7. Pump according to claim 1, characterized in that the microprocessor circuit is arranged so that the average flow rate is controlled by that of another pump while retaining all the possibilities of individual variations in pumping characteristics. 8. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit à micri-processeur est disposé pour que le débit moyen soit asservi au débit cardiaque mesuré. 8. Pump according to claim 1, characterized in that the micri-processor circuit is arranged so that the average flow rate is controlled by the measured cardiac flow rate. 9. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle est dotée, au niveau de son entrée et de sa sortie, de vannes externes à la veine liquide, dont le fonctionnement alternatif fait partie intégrante du programme micro-processeur. 9. Pump according to claim 1, characterized in that it is provided, at its inlet and outlet, with valves external to the liquid stream, the alternative operation of which is an integral part of the microprocessor program. 10. Pompe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des capteurs de pression, inclus dans les tuyaux d'entrée et de sortie, permettent durant le fonctionnement de la pompe, de mesurer les variations de pression pour enclencher une alarme et réduire automatiquement le volume refoulé par la pompe.  10. Pump according to claim 1, characterized in that pressure sensors, included in the inlet and outlet pipes, allow during the operation of the pump, to measure the pressure variations to set off an alarm and automatically reduce the volume pumped out by the pump.
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