WO1993021976A1 - Systeme de pompe a perfusion sans frottements - Google Patents

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WO1993021976A1
WO1993021976A1 PCT/FR1993/000413 FR9300413W WO9321976A1 WO 1993021976 A1 WO1993021976 A1 WO 1993021976A1 FR 9300413 W FR9300413 W FR 9300413W WO 9321976 A1 WO9321976 A1 WO 9321976A1
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motor
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infusion line
infusion
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PCT/FR1993/000413
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Inventor
Jean-Luc Hauser
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Chronotec S.A.R.L.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action
    • F04B43/1207—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action the actuating element being a swash plate
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/14212—Pumping with an aspiration and an expulsion action
    • A61M5/14228—Pumping with an aspiration and an expulsion action with linear peristaltic action, i.e. comprising at least three pressurising members or a helical member
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/14212—Pumping with an aspiration and an expulsion action
    • A61M5/14232—Roller pumps

Definitions

  • the present invention relates to an infusion pump system of the type comprising an electric motor and a pump, intended for continuously injecting a medicinal substance contained in a reservoir into a catheter implanted in the body of a patient, by means of a infusion line connected to the pump, the pump comprising motor-driven crushing means for crushing a portion of the infusion line so as to exert pressure in order to inject the drug substance into the catheter.
  • roller type pumps In roller type pumps, rollers are generally arranged at the periphery of a cylinder driven in rotation by the electric motor. The rollers take turns crushing a portion of the infusion line.
  • the device is designed so that two or more rollers are in contact simultaneously with the infusion line. Therefore a first roller increasingly crushes the infusion line and therefore prevents any flow, while at the same time a second roller downstream of the first in the direction of flow, frees the portion of the infusion line that it had just crushed and therefore causes a flow in the infusion line, caused by the pressure due to crushing by the first roller.
  • Roller type pumps although very simple, have the drawback of having rotating elements responsible for exerting a crushing action on the infusion line. Inevitably, friction takes place between the rollers and the infusion line, which causes internal stresses in the walls of the infusion line and consequently permanent deformation of these walls. The consequence of this deformation of the walls is that the precision of the dosage of the drug substance to be infused suffers.
  • pumps of the roller type have an imprecision of the order of 10 to 15%. Such imprecision is not acceptable when it is imperative to dose the substance to be injected with great precision.
  • the second category relates to finger type pumps. In this type of pump, several fingers crush the infusion line in different places and so intermittent.
  • At least one finger While at least one finger is crushing the infusion line in one place, and therefore blocking any upstream flow of the infusion line, at least one other finger located downstream releases the pressure it exerted on the line infusion and thereby releases the flow of the drug substance downstream of the infusion line, caused by the pressure exerted by the finger in the crushed position.
  • Finger-type pumps do not have the disadvantage of subjecting the walls of the infusion line to friction since there is no rotating element moving on the infusion line. They are therefore therefore more precise than pumps of the roller type. You can descend to a degree of imprecision of less than 5% with finger pumps. Unfortunately the latter require a mechanism for driving the fingers by fairly complex cam systems. To improve the accuracy of this type of pump, the number of fingers has been increased, which has increased the complexity of the mechanics used. Thus the pump described in document US-A-4,671,792 comprises a set of seven fingers. This complexity results in the impossibility of producing a pump of the miniaturized finger type. Another, but not the least, disadvantage is that the complexity of the finger drive system results in increased energy expenditure and therefore frequent replacement of the batteries for supplying the electric motor.
  • a third type of pump which can also be used to carry out infusions is described in US-A-2-818-815 and EP-A-103,073.
  • This type of pump has a rigid element in the form of a disc secured to the drive shaft of the pump motor and whose axis cuts the drive shaft of the motor at an angle with it, again called nutation angle.
  • the engine When the engine is running, it drives the disc in an oscillating movement such that the outer edge of the disc crushes the perfusion line arranged in a ring in the fixed plane perpendicular to the motor drive shaft.
  • the object of the invention is therefore to remedy the drawbacks mentioned above and to provide a pump system for performing a continuous infusion, which is precise, easily miniaturized and which consumes little energy.
  • Another object of the invention is to provide an infusion pump system not comprising a rotating element for crushing the infusion line in order to avoid subjecting the infusion line to friction, and not comprising d '' complex mechanical elements, so that they can be miniaturized and limit energy expenditure.
  • Yet another object of the invention is to provide an infusion pump system of the type with a rigid oscillating element described in document US-A-2,818,815, the oscillating element of which is prevented from rotating at the same time as it oscillates.
  • Yet another object of the invention is to provide an infusion pump system of the above type in which the oscillating element has slots making it possible to obtain precise control of the flow rate of the medicinal substance.
  • the object of the invention is therefore a pump system comprising an electric motor and a pump intended for continuously injecting a medicinal substance contained in a reservoir into a catheter implanted in the body of a patient by means of an infusion line connected to the pump, comprising a crushing means driven by the motor to crush a portion of the infusion line so as to exert pressure therein in order to inject the drug substance into the catheter, this portion of the infusion line being arranged in a shape of curve determined in a plane, and the crushing means comprising a rigid oscillating element whose outer edge corresponds to the shape of a determined curve and whose position relative to the axis of the motor is such that the axis of the rigid element cuts 1 ' drive axis at a predetermined angle, the rigid element being arranged relative to the perpendicular plane so that its outer edge comes to crush
  • the oscillating element comprises a fork-shaped locking means bearing on a fixed element preventing any rotary movement of the rigid element relative to the plane perpendicular to the drive axis, so as to avoid any friction of 1 ' rigid element on the portion of infusion line undergoing crushing.
  • FIG. 1 schematically illustrates the principle implemented in the pump system according to the invention
  • Figure 2 shows a sectional view of an embodiment of the pump system according to the invention
  • Figure 3 is an elevational view of the cup used as a crushing means in the embodiment of the pump system shown in Figure 2
  • FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of the pump system according to the invention
  • FIG. 5 is a top view schematically showing the part of the infusion line crushed by an oscillating element with 6 slots and the location of the slots relative to the infusion line
  • Figure 6 is a top view schematically showing the part of the infusion line crushed by an oscillating element with 12 slots and the location of the slots relative to the infusion line.
  • Figure 7a is a bottom view of the 12-slot oscillating element of Figure 6
  • Figure 7b is a sectional view of the 12-slot oscillating element illustrated in Figure 7a
  • Figures 8a and 8b show schematically an oscillating element with 6 numbered slots and the curve of flow as a function of time of the drug substance perfused using such an oscillating element
  • FIG.1 An electric motor 10 rotates a hub 12 by means of the shaft 14.
  • a rigid disc 16 preferably made of metal, is connected to the hub 12 by its axis 18 at an eccentric point on the underside of the hub 12, preferably about half the radius.
  • the axis 18 is in a fixed geometrical position relative to the hub 12 but is free to rotate on itself.
  • the axis 18 makes an angle of nutation ⁇ between 3 and 8 degrees with the axis 20 of the hub so that the disc 18 makes the same angle with a plane perpendicular to the axis of the hub.
  • the plane perpendicular to the hub axis is shown in the figure as being horizontal.
  • the axis 18 intersects the axis 20 at a point X, the position of which is specified below.
  • the hub 12 drives the disc 16 in a rotary movement around the axis 20 so that its lowest point describes a circle 22 lying in a plane perpendicular to the axis of the hub.
  • This property is obtained thanks to the fact that the axis 18 of the disc 16 intersects the axis 20 of the hub 12 (which moreover has the result that the axis 18 describes a cone with axis 20 and vertex X).
  • the point of intersection X is preferably in the plane of circle 22. In fact, the property stated above is always verified if the point of intersection X is not in the plane of circle 22 but slightly above or below the plan.
  • the property obtained thanks to the structure illustrated diagrammatically in FIG. 1, according to which the low point A of the disc 16 describes a circle 22 can be taken advantage of in the following manner. If, at the location of the circle 22, there is a pipe or any other crushable element, the latter will be crushed by the disc 16 at the location of point A. This crushing of the pipe will be without friction on the part of the disc 16 provided that the disc 16 is prevented from rotating around its axis 18 while the latter describes a cone with vertex X, while the assembly is driven by the motor 10. This can be taken advantage of in order to crush a tube connected on the one hand to an infusion liquid reservoir and on the other hand to a catheter implanted in a patient, for continuously injecting the infusion liquid into the catheter.
  • FIG.2 is a sectional view of a preferred embodiment of a pump system according to the invention.
  • the motor 10 is connected to the hub 12 by the shaft 14.
  • the shaft 14 is rigidly held in the hub 12 by means of a key or screw 30 or any other suitable means.
  • a cup 32 (corresponding to the disk in Figure 16) is held in a position determined by relative to the hub 12 thanks to a shaft 34 fitted into a cavity 35 of the hub 12, but free to turn on itself.
  • the shaft 34 is prevented from leaving the hub 12 by means of a seal 36 which is housed for mounting in a groove at the bottom of the cavity 35 intended to receive the shaft 34.
  • the cup 32 has slots 38, 40.
  • the cup 32 corresponding to the disk 16 of FIG. 1 moves, when the motor drives the hub 12 in rotation, according to a oscillating movement such that the axis of the shaft 34 which intersects the axis of the shaft 14 at a fixed point X, describes a cone with a vertex X.
  • the cup 32 has a low point, which describes a circle lying in a plane perpendicular to the axis of the tree 14.
  • the low point is found to be the outside face of a niche which is different as and when movement.
  • the external face of a slot when the latter is in the low position, then crushes the perfusion line, a portion of which is placed at the location of the circle described by the low point of the cup 32.
  • the slot 40 in the low position overwrites the perfusion line 42 placed in a groove in the support 45.
  • the cup has a plurality of slots
  • other slots are in the position of crushing the perfusion line, some located downstream of the slot 40 being in the initial crushing phase while others located upstream of the slot 40 are already in the release phase of the infusion line, which results in causing the flow of the drug downstream of the infusion line.
  • the system illustrated in FIG. 2 is designed to be frictionless on the infusion line. To do this, it is necessary that the cup 32 is prevented from rotating about its axis. This impediment is obtained by means of a fork 43 secured to the cup, which is continuously engaged with a ball joint 44 but without however being secured thereto.
  • the motor 10 rotates the hub 12
  • the shaft 34 mounted free in the cavity 35 of the hub 12 does not undergo a rotary movement relative to the horizontal plane in which is placed in the infusion line, because the fork 43 blocked by the ball joint 44 prevents the cup 32 from turning.
  • the shaft 34 undergoes a rotary movement relative to the hub taken as a reference. It is therefore necessary to provide a lubricating coating such as "Teflon" on the part of the shaft 34 inserted in the hub 12 or on the walls of the cavity 35.
  • Figure.3 shows the cup 32 seen in elevation.
  • This cup has 6 slots, of which 4 are visible, slots 38 and 40 illustrated in FIG. 2, slots 46 and 48, and two other slots masked by slots 46 and 48.
  • the fork is also illustrated in the figure. 43 which prevents the cup 32 from turning on itself.
  • the end surfaces of these slots can be inclined relative to the mean plane of the cup so as to be substantially parallel to the plane of the infusion line, when a given slot is in the low position and crushes the infusion line. These surfaces can also be rounded so as not to risk damaging the infusion line.
  • a second embodiment has been shown in section in Figure 4.
  • the shaft 34 of the cup 32 is mounted in the hub 12, of which only a part has been shown, by a ball joint system.
  • a ball joint 50 secured to the shaft 34 is free to move in a cavity 52 of the hub 12.
  • the other end of the shaft 34 is secured to a ball joint 52 which can move in a cavity 53 of a fixed base 54.
  • the cup 32 is blocked by a nut 56 on the one hand and held in position against this nut by a spring 58 on the other hand.
  • the cup 32 has slots including the slots 60 and 62, the slot 62 being shown in the crushing position of the infusion line 64. The latter is received in a housing 66 of a support 68.
  • the number of slots can be variable as we will see. But whatever the number of slots, they must be distributed over the cup so that no slot is located above the location between the arrival and departure of the infusion line which obviously does not include no part to be overwritten.
  • FIG. 5 representing the ring portion of the perfusion line between the arrival 70 of the perfusion line and its departure 72 in the case of 6 slots
  • FIG. 6 representing the same portion of line infusion in the case of a cup with 12 slots
  • slots has the effect of being able to inject the liquid into the infusion line in discrete quantities provided that there is always at least one slot which crushes the infusion line. If, at a given moment, no slot is in the low position, there is a risk of the substance being pushed upstream of the infusion line. It is therefore necessary that when a slot enters the release phase, there is another slot which is almost in the low position. Under this condition, the liquid is pushed into the infusion line in a more precise and controllable manner as there are many slots in the cup.
  • the slots induce pressure peaks in the infusion line which prevent the formation of blood clots at 1 distal end of the infusion line.
  • the total area of the slots is approximately half the total area of the cup. Although this percentage of 50% occupied by the slots is preferable, it is possible either to increase this percentage and even to decrease it without departing from the scope of the invention. With a percentage of 50%, the. volume of liquid displaced in each revolution is about 50% of the total volume of the infusion line of the ring.
  • Figure 7a shows the bottom of the cup
  • Figure 7b shows a section of the cup illustrated in Figure 7a along plane A, showing the fork 43 preventing the cup from rotating on itself.
  • the number of slots to be provided is also related to the angle of nutation.
  • a large nutation angle (about 8 degrees) obviously requires close slots therefore a large number of slots, to avoid any backflow problem; Conversely, if the nutation angle is small (about 3 degrees), it is not necessary that there be a large number of slots. It should be noted that this relationship is applicable whatever the dimensions of the cup; However, the optimal nutation angle for a given number of slots varies depending on the diameter of the cup.
  • FIGs 8a and 8b illustrate the operation of the pump with a cup having 6 slots as in Figure 5.
  • the slots have been numbered in the direction of rotation of the pump indicated by the arrow. That is to say that the infusion line after the arrival 70 is crushed first by the slot 1, then by the slot 2 and so on so as to move the liquid towards the start 72 of the infusion line.
  • the flow rate D of the liquid injected into the perfusion line at the starting orifice 72 can then be represented diagrammatically as a function of the time following pulses illustrated in Figure 8b.
  • the dish illustrated in the embodiments of FIGS. 2 to 8 includes slots which are used for crushing the infusion line, it is clear to those skilled in the art that other forms can be used.
  • an external face of the cup having an external profile of the sinusoidal type.
  • the outer face of the cup can be frustoconical and even flat like the disc in Figure.1, although the latter shape does not seem to lead to the best results.
  • the portion of the infusion line in the crushed position is a circle.

Abstract

L'invention concerne un système de pompe à perfusion destinée à injecter de façon continue une substance médicamenteuse contenue dans un réservoir dans un cathéter relié au corps d'un patient, comprenant un moyen d'écrasement entraîné par un moteur (10) pour écraser une portion (42) de la ligne de perfusion de façon à exercer une pression dans le but d'injecter la substance médicamenteuse dans le cathéter. Le moyen d'écrasement comprend un élément rigide tel qu'une coupelle (32) circulaire dont l'axe (34) est disposé selon une position géométrique déterminée par rapport à un moyeu (12) entraîné par le moteur (10), de telle sorte que l'axe (34) de la coupelle coupe l'axe (14) du moyeu en un point fixe (X), la coupelle (32) comportant des créneaux (38, 40) qui viennent écraser le cathéter (42) au fur et à mesure de la rotation du moteur (10). Grâce à une fourche (43) retenue par une rotule (44), la coupelle (32) est empêchée de tourner par rapport au cathéter, ce qui évite les frottements sur les parois du cathéter (42) et permet une grande précision du dosage de la perfusion.

Description

Système de pompe à perfusion sans frottements
Domaine technique
La présente invention concerne un système de pompe à perfusion du type comportant un moteur électrique et une pompe, destiné à injecter de façon continue une substance médicamenteuse contenue dans un réservoir dans un cathéter implanté dans le corps d'un patient, au moyen d'une ligne de perfusion reliée à la pompe, la pompe comprenant un moyen d'écrasement entraîné par le moteur pour écraser une portion de la ligne de perfusion de façon à exercer une pression dans le but d'injecter la substance médicamenteuse dans le cathéter.
Etat de la technique
De plus en plus de maladies humaines sont traitées par injection d'une substance médicamenteuse dans le corps du patient. Ainsi, dans le traitement du diabète, il est nécessaire de pratiquer des injections régulières d'insuline au patient. D'autres maladies telles que le cancer sont également traitées par injection de substances médicamenteuses. Mais les injections régulières par aiguille et seringue posent de nombreux problèmes tels que la régularité des injections à respecter, et surtout le problème posé par les dommages cutanés occasionnés par les multiples injections effectuées. La solution a donc été pour le patient d'avoir un traitement continu grâce à une aiguille à perfusion placée à demeure à l'entrée du cathéter implanté chez le patient, en général au moyen d'une chambre implantée, connectée à une pompe. L'amélioration apportée par cette technique a été que le patient porte la pompe sur lui, dans une poche, ou accrochée à une ceinture. La pompe entraînée par un petit moteur électrique, injecte de façon continue la substance médicamenteuse dans le cathéter et donc fournit la chimiothérapie nécessaire au patient sans avoir à pratiquer de continuelles injections par aiguille et seringue.
Il existe actuellement sur le marché plusieurs types de pompes destinées à la perfusion continue de substance médicamenteuse. La première catégorie concerne les pompes du type à rouleaux. Dans les pompes du type à rouleaux, des rouleaux sont généralement disposés à la périphérie d'un cylindre mû en rotation par le moteur électrique. Les rouleaux viennent à tour de rôle écraser une portion de la ligne de perfusion. Le dispositif est conçu de telle sorte que deux ou plusieurs rouleaux sont en contact simultanément avec la ligne de perfusion. De ce fait un premier rouleau écrase de plus en plus la ligne de perfusion et donc empêche tout écoulement, alors qu'au même moment un deuxième rouleau en aval du premier dans le sens de l'écoulement, libère la portion de la ligne de perfusion qu'il venait d'écraser et de ce fait entraîne un écoulement dans la ligne de perfusion, provoqué par la pression due à l'écrasement par le premier rouleau. On peut se référer aux documents EP-19816, EP-19817 ou EP-197179 qui ont trait à ce type de pompe.
Les pompes du type à rouleaux, bien qu'elles soient très simples, présentent l'inconvénient d'avoir des éléments en rotation chargés d'exercer une action d'écrasement de la ligne de perfusion. Inévitablement, des frottements ont lieu entre les rouleaux et la ligne de perfusion, ce qui entraîne des contraintes internes dans les parois de la ligne de perfusion et par suite une déformation permanente de ces parois. La conséquence de cette déformation des parois est que la précision du dosage de la substance médicamenteuse à perfuser s'en ressent. Ainsi les pompes du type à rouleaux présentent une imprécision de l'ordre de 10 à 15%. Une telle imprécision n'est pas acceptable quand il est impératif de doser la substance à injecter avec une grande précision. La deuxième catégorie concerne les pompes du type à doigts. Dans ce type de pompe, plusieurs doigts écrasent la ligne de perfusion à des endroits différents et de façon intermittente. Pendant qu'au moins un doigt vient écraser la ligne de perfusion à un endroit, et donc bloque tout écoulement vers l'amont de la ligne de perfusion, au moins un autre doigt situé en aval relâche la pression qu'il exerçait sur la ligne de perfusion et de ce fait libère l'écoulement de la substance médicamenteuse vers l'aval de la ligne de perfusion, provoqué par la pression exercée par le doigt en position d'écrasement.
Les pompes du type à doigts n'ont pas l'inconvé- nient de faire subir des frottements aux parois de la ligne de perfusion puisqu'il n'y a aucun élément en rotation se déplaçant sur la ligne de perfusion. Elles sont donc par conséquent plus précises que les pompes du type à rouleaux. On peut descendre à un degré d'imprécision inférieur à 5% avec les pompes à doigts. Malheureusement ces dernières exigent une mécanique d'entraînement des doigts par systèmes de cames assez complexe. Pour améliorer la précision de ce type de pompe, le nombre de doigts a été augmenté, ce qui a accru la complexité de la mécanique mise en oeuvre. Ainsi la pompe décrite dans le document US-A- 4.671.792 comporte un ensemble de sept doigts. Cette complexité a pour conséquence l'impossibilité de réaliser une pompe du type à doigts miniaturisée. Un autre inconvénient, non le moindre, est que la complexité du système d'entraînement des doigts entraîne une dépense accrue d'énergie et donc un remplacement fréquent des piles d'alimentation du moteur électrique.
Un troisième type de pompe pouvant également être utilisée pour réaliser des perfusions est décrite dans les brevets US-A-2-818-815 et EP-A-103.073. Ce type de pompe comporte un élément rigide sous forme d'un disque solidaire de l'arbre d'entraînement du moteur de la pompe et dont l'axe coupe l'arbre d'entrainement du moteur en faisant un certain angle avec lui, encore appelé angle de nutation. Lorsque le moteur tourne, il entraine le disque selon un mouvement oscillant tel que le bord extérieur du disque vient écraser la ligne de perfusion disposée en anneau dans le plan fixe perpendiculaire à l'arbre d'entraînement du moteur.
Les pompes du type ci-dessus pallient une partie des inconvénients mentionnés ci-dessus en ce sens qu'elles ne comportent pas d'éléments tournants comme les pompes à rouleaux, et pas d'éléments complexes comme les pompes à doigts. Cependant, bien qu'il soit mentionné dans les documents ci-dessus que le disque animé d'un mouvement oscillant" ne tourne pas, rien n'est prévu pour l'empêcher de tourner et par suite exercer un frottement sur le tube en même temps qu'il l'écrase. En outre, les pompes telles que décrites dans l'art antérieur ne permettent pas un contrôle précis du débit
Exposé de l'invention
Le but de l'invention est donc de remédier aux inconvénients cités ci-dessus et de réaliser un système de pompe pour effectuer une perfusion en continu, qui soit précis, facilement miniaturisé et qui dépense peu d'énergie.
Un autre but de l'invention est de réaliser un système de pompe à perfusion ne comportant pas d'élément en rotation pour écraser la ligne de perfusion afin d'éviter de faire subir des frottements à la ligne de perfusion, et ne comportant pas d'éléments mécaniques complexes, de façon à pouvoir être miniaturisé et limiter la dépense d'énergie.
Encore un autre but de l'invention est de réaliser un système de pompe à perfusion du type à élément rigide oscillant décrit dans le document US-A-2.818.815, dont l'élément oscillant est empêché de tourner en même temps qu'il oscille.
Encore un autre but de l'invention est de réaliser un système de pompe à perfusion du type ci-dessus dans laquelle l'élément oscillant comporte des créneaux permettant d'obtenir un contrôle précis du débit de la substance médicamenteuse. L'objet de l'invention est donc un système de pompe comportant un moteur électrique et une pompe destinée à injecter de façon continue une substance médicamenteuse contenue dans un réservoir dans un cathéter implanté dans le corps d'un patient au moyen d'une ligne de perfusion reliée à la pompe, comprenant un moyen d'écrasement entraîné par le moteur pour écraser une portion de la ligne de perfusion de façon à y exercer une pression dans le but d'injecter la substance médicamenteuse dans le cathéter, cette portion de la ligne de perfusion étant disposée selon une forme de courbe déterminée dans un plan, et le moyen d'écrasement comprenant un élément rigide oscillant dont le bord extérieur correspond à la forme de courbe déterminée et dont la position par rapport à l'axe du moteur est telle que 1'axe de 1'élément rigide coupe 1'axe d'entraînement selon un angle prédéterminé, l'élément rigide étant disposé par rapport au plan perpendiculaire de façon à ce que son bord extérieur vienne écraser une portion différente de la deuxième partie de la ligne de perfusion au fur et à mesure de la rotation du moteur, ce qui a pour résultat d'injecter la substance médicamenteuse dans la ligne de perfusion.
L'élément oscillant comporte un moyen de blocage en forme de fourche prenant appui sur un élément fixe empêchant tout mouvement rotatif de l'élément rigide par rapport au plan perpendiculaire à l'axe d'entraînement, de manière à éviter tout frottement de 1'élément rigide sur la portion de ligne de perfusion subissant l'écrasement.
Brève description
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 illustre de façon schématique le principe mis en oeuvre dans le système de pompe selon l'invention; la figure 2 représente une vue en coupe d'un mode de réalisation du système de pompe selon 1'invention; la figure 3 est une vue en élévation de la coupelle utilisée comme moyen d'écrasement dans le mode de réalisation du système de pompe représenté sur la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation du système de pompe selon l'invention, La figure 5 est une vue de dessus représentant schématiquement la partie de la ligne de perfusion écrasée par un élément oscillant à 6 créneaux et l'emplacement des créneaux par rapport à la ligne de perfusion. la figure 6 est une vue de dessus représentant schématiquement la partie de la ligne de perfusion écrasée par un élément oscillant à 12 créneaux et l'emplacement des créneaux par rapport à la ligne de perfusion. la figure 7a est une vue de dessous de l'élément oscillant à 12 créneaux de la figure 6, la figure 7b est une vue en coupe de l'élément oscillant à 12 créneaux illustré sur la figure 7a, et les figures 8a et 8b représentent schématiquement un élément oscillant à 6 créneaux numérotés et la courbe de débit en fonction du temps de la substance médicamenteuse perfusée en utilisant un tel élément oscillant
DecriPtion détaillée
Le principe de l'invention est illustré sur la figure.1. Un moteur électrique 10 entraîne en rotation un moyeu 12 au moyen de l'arbre 14. Un disque rigide 16, en métal de préférence, est relié au moyeu 12 par son axe 18 en un point excentré de la face inférieure du moyeu 12, de préférence à environ la moitié du rayon. L'axe 18 est dans une position géométrique fixe par rapport au moyeu 12 mais est libre de tourner sur lui-même. L'axe 18 fait un angle de nutation φ compris entre 3 et 8 degrés avec l'axe 20 du moyeu de telle sorte que le disque 18 fasse le même angle avec un plan perpendiculaire à l'axe du moyeu. Le plan perpendiculaire à l'axe du moyeu est représenté sur la figure comme étant horizontal. L'axe 18 coupe l'axe 20 en un point X dont la position est précisée ci-dessous. Mû en rotation par le moteur 10, le moyeu 12 entraîne le disque 16 selon un mouvement rotatif autour de l'axe 20 de telle sorte que son point le plus bas décrive un cercle 22 se trouvant dans un plan perpendiculaire à l'axe du moyeu. Cette propriété est obtenue grâce au fait que l'axe 18 du disque 16 coupe l'axe 20 du moyeu 12 (ce qui a d'ailleurs pour résultat que l'axe 18 décrit un cône d'axe 20 et de sommet X). Le point d'intersection X se trouve de préférence dans le plan du cercle 22. En fait, la propriété énoncée ci-dessus est toujours vérifiée si le point d'intersection X ne se trouve pas dans le plan du cercle 22 mais légèrement au dessus ou au dessous du plan.
La propriété obtenue grâce à la structure illustrée schématiquement sur la figure 1, selon laquelle le point bas A du disque 16 décrit un cercle 22 peut être mise à profit de la façon suivante. Si, à l'emplacement du cercle 22, se trouve un tuyau ou tout autre élément écrasable, ce dernier se trouvera écrasé par le disque 16 à l'endroit du point A. Cet écrasement du tuyau sera sans frottement de la part du disque 16 à condition que le disque 16 soit empêché de tourner autour de son axe 18 pendant que ce dernier décrit un cône de sommet X, alors que l'ensemble est entraîné par le moteur 10. Ceci peut être mis a profit dans le but d'écraser un tuyau relié d'une part à un réservoir de liquide de perfusion et d'autre part à un cathéter implanté chez un patient, pour injecter de façon continue le liquide de perfusion dans le cathéter.
La réalisation pratique d'un système de pompe basé sur le principe de fonctionnement illustré sur la figure.1, sera maintenant décrit en référence à la figure.2. La figure.2 est une vue en coupe d'un mode de réalisation préféré d'un système de pompe selon l'invention. Comme déjà illustré sur la figure.1, le moteur 10 est connecté au moyeu 12 par l'arbre 14. L'arbre 14 est maintenu rigidement dans le moyeu 12 au moyen d'une clavette ou vis 30 ou tout autre moyen approprié.
Une coupelle 32 (correspondant au disque de la figure.16) est maintenue dans une position déterminée par rapport au moyeu 12 grâce à un arbre 34 emboîté dans une cavité 35 du moyeu 12, mais libre de tourner sur lui même. L'arbre 34 est empêché de sortir du moyeu 12 grâce à un joint 36 qui vient se loger au montage dans une gorge au fond de la cavité 35 destinée à recevoir l'arbre 34. Comme on le verra dans la suite de la description, la coupelle 32 comporte des créneaux 38, 40. Comme il a été expliqué en référence à la figure.1, la coupelle 32 correspondant au disque 16 de la figure.1 se déplace, lorsque le moteur entraîne le moyeu 12 en rotation, selon un mouvement oscillant tel que l'axe de l'arbre 34 qui coupe l'axe de l'arbre 14 en un point fixe X, décrive un cône de sommet X. Pendant ce déplacement, la coupelle 32 comporte un point bas, qui décrit un cercle se trouvant dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre 14. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure.2, le point bas de trouve être la face extérieure d'un créneau qui est différent au fur et à mesure du mouvement. La face extérieure d'un créneau, lorsque ce dernier se trouve en position basse, écrase alors la ligne de perfusion dont une portion est placée à l'emplacement du cercle décrit par le point bas de la coupelle 32. Ainsi, comme illustré sur la figure.2, le créneau 40 en position basse vient écraser la ligne de perfusion 42 placée dans une gorge du support 45. Comme la coupelle comporte une pluralité de créneaux, d'autres créneaux sont en position d'écrasement de la ligne de perfusion, certains situés en aval du créneau 40 étant à la phase initiale d'écrasement pendant que d'autres situés en amont du créneau 40 sont déjà dans la phase de relâchement de la ligne de perfusion, ce qui a pour résultat de provoquer l'écoulement de la substance médicamenteuse vers l'aval de la ligne de perfusion.
Comme il a été énoncé dans les buts assignés à l'invention, le système illustré sur la figure.2 est conçu pour être sans frottement sur le ligne de perfusion. Pour ce faire, il est nécessaire que la coupelle 32 soit empêchée de tourner autour de son axe. Cet empêchement est obtenu grâce à une fourche 43 solidaire de la coupelle, qui est en prise continuellement avec une rotule 44 mais sans toutefois en être solidaire. Lorsque le moteur 10 entraîne en rotation le moyeu 12, l'arbre 34 monté libre dans la cavité 35 du moyeu 12, ne subit pas de mouvement rotatif relativement au plan horizontal dans lequel se trouve placé dans la ligne de perfusion, du fait que la fourche 43 bloquée par la rotule 44 empêche la coupelle 32 de tourner. Par contre, l'arbre 34 subit un mouvement rotatif relativement au moyeu pris comme référence. Il faut donc prévoir un revêtement lubrifiant tel que du "Téflon" sur la partie de l'arbre 34 insérée dans le moyeu 12 ou sur les parois de la cavité 35.
La figure.3 représente la coupelle 32 vue en élévation. Cette coupelle comporte 6 créneaux, dont 4 sont visibles, les créneaux 38 et 40 illustrés sur la figure.2, les créneaux 46 et 48, et deux autres créneaux masqués par les créneaux 46 et 48. Est illustrée également sur la figure, la fourche 43 qui empêche la coupelle 32 de tourner sur elle-même. Les surfaces d'extrémité de ces créneaux peuvent être inclinées par rapport au plan moyen de la coupelle de façon à être -sensiblement parallèles au plan de la ligne de perfusion, lorsqu'un créneau donné est en position basse et écrase la ligne de perfusion. Ces surfaces peuvent aussi être arrondies pour ne pas risquer d'endommager la ligne de perfusion.
Un deuxième mode de réalisation a été représenté en coupe sur la figure.4. Comme illustré, l'arbre 34 de la coupelle 32 est monté dans le moyeu 12, dont seule une partie a été représentée, par un système à rotule. Une rotule 50 solidaire de l'arbre 34 est libre de se mouvoir dans une cavité 52 du moyeu 12. De la même façon, l'autre extrémité de l'arbre 34 est solidaire d'une rotule 52 pouvant se mouvoir dans une cavité 53 d'une embase fixe 54. La coupelle 32 est bloquée par un écrou 56 d'une part et maintenue en position contre cet écrou par un ressort 58 d'autre part. De la même façon que dans le mode de réalisation représenté sur la figure.2, la coupelle 32 comporte des créneaux dont les créneaux 60 et 62, le créneau 62 étant représenté en position d'écrasement de la ligne de perfusion 64. Cette dernière est reçue dans un logement 66 d'un support 68.
Le nombre de créneaux peut être variable comme on va le voir. Mais quel que soit le nombre de créneaux, ils doivent être répartis sur la coupelle de façon à ce qu'aucun créneau ne se trouve au dessus de l'emplacement situé entre l'arrivée et le départ de la ligne de perfusion qui ne comporte évidemment aucune partie à écraser. Ainsi, aussi bien sur la figure 5 représentant la partie en anneau de la ligne de perfusion entre l'arrivée 70 de la ligne de perfusion et son départ 72 dans le cas de 6 créneaux, que sur la figure 6 représentant la même portion de ligne de perfusion dans le cas d'une coupelle à 12 créneaux, on voit qu'aucun créneau ne se trouve au dessus de l'emplacement sans ligne de perfusion situé entre l'arrivée 70 et le départ 72. Plus il y a de créneaux à la coupelle, plus la précision sur le débit de la substance médicamenteuse est meilleure. En effet, la présence de créneaux a pour effet de pouvoir injecter le liquide dans la ligne de perfusion selon des quantités discrètes à condition qu'il y ait toujours au moins un créneau qui écrase la ligne de perfusion. Si, à un moment donné, aucun créneau n'est en position basse, il y a risque de refoulement de la substance vers l'amont de la ligne de perfusion. Il faut donc que lorsqu'un créneau aborde la phase de relâchement, il y ait un autre créneau qui soit quasiment en position basse. A cette condition, le liquide est poussé dans la ligne de perfusion de façon d'autant plus précise et contrôlable qu'il y a beaucoup de créneaux à la coupelle
En outre, les créneaux induisent des pics de pression dans la ligne de perfusion qui permettent d'éviter la formation de caillots de sang à 1 extrémité distale de la ligne de perfusion. Comme représenté sur les figures 5 et 6, la surface totale des créneaux est approximativement la moitié de la surface totale de la coupelle. Bien que ce pourcentage de 50% occupé par les créneaux soit préférable, il est possible soit d'augmenter ce pourcentage et même de le diminuer sans sortir du cadre de l'invention. Avec un pourcentage de 50%, le. volume de liquide déplacé à chaque tour, est d'environ 50% du volume total de la ligne de perfusion de 1'anneau. La figure 7a représente le dessous de la coupelle
32 dans le mode de réalisation à 12 créneaux illustré sur la figure 6. La figure 7b représente une coupe de la coupelle illustrée sur la figure 7a selon le plan A, montrant la fourche 43 empêchant la coupelle de tourner sur elle-même.
Le nombre de créneaux à prévoir est aussi en relation avec l'angle de nutation. Un angle de nutation important (environ 8 degrés) exige évidemment des créneaux rapprochés donc un grand nombre de créneaux, pour éviter tout problème de refoulement; A l'inverse, si l'angle de nutation est faible (environ 3 degrés), il n'est pas nécessaire qu'il y ait un grand nombre de créneaux. Il est à noter que cette relation est applicable quelles que soient les dimensions de la coupelle; Toutefois, l'angle de nutation optimal pour un nombre de créneaux donné varie en fonction du diamètre de la coupelle.
Les figures 8a et 8b illustrent le fonctionnement de la pompe avec une coupelle comportant 6 créneaux comme sur la figure 5. Sur la figure 8a, les créneaux ont été numérotés dans le sens de rotation de la pompe indiqué par la flèche. C'est à dire que la ligne de perfusion après l'arrivée 70 est écrasée d'abord par le créneau 1, puis par le créneau 2 et ainsi de suite de façon à déplacer le liquide vers le départ 72 de la ligne de perfusion. Le débit D du liquide injecté dans -la ligne de perfusion à l'orifice de départ 72 peut alors être représenté schématiquement en fonction du temps suivant des impulsions illustrées sur la figure 8b. Ceci provient du fait que l'injection du liquide dans la ligne de perfusion est au maximum lorsque les créneaux 1 à 5 sont en position basse, et au minimum lorsque le créneau 6 arrive en position basse tel qu'illustré par la table de correspondance suivante entre les temps T de la figure 8 et les numéros de créneaux en position basse.
T > 0 1 2 3 4 10 11 0 1 créneaux- en posit. basse > 5,6 6 6,1 1 1,2 4,5 5 5,6 6
Bien que la coupelle illustrée dans les modes de réalisation des figures 2 à 8 comporte des créneaux qui servent à l'écrasement de la ligne de perfusion, il est clair pour l'homme du métier que d'autres formes peuvent être utilisées. Ainsi, il est possible de prévoir une face extérieure de la coupelle ayant un profil extérieur du type sinusoïdal. La face extérieure de la coupelle peut être tronconique et même plane comme le disque de la figure.1, bien que cette dernière forme ne semble pas aboutir aux meilleurs résultats.
Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures, la portion de la ligne de perfusion en position d'écrasement est un cercle. Cependant, il est possible d'installer le ligne de perfusion sur le plan horizontal selon une forme de courbe quelconque différente du cercle, et de prévoir un disque dont le bord extérieur ait une forme correspondant à cette forme de courbe déterminée

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de pompe à perfusion comportant un moteur électrique (10) et une pompe entraînée par le moteur, destiné à injecter de façon continue une substance médicamenteuse à partir d'un réservoir dans un cathéter implanté dans le corps d'un patient au moyen d'une ligne à perfusion (42) reliée à la pompe, ladite pompe comprenant un moyen d'écrasement entraîné par un axe (18) faisant un angle prédéterminé avec 1'axe d'entraînement (14) dudit moteur, ledit moyen d'écrasement comportant un élément rigide oscillant (16) dont le bord extérieur est en regard d'une portion de ladite ligne de perfusion disposée selon une forme de courbe déterminée (22) dans un plan perpendiculaire audit axe d'entraînement (14), pour écraser ladite portion de ligne de perfusion de façon à exercer une pression dans ladite portion dans le but d'injecter la substance médicamenteuse dans ledit cathéter au fur et à mesure de la rotation du moteur; ledit système étant caractérisé en ce que ledit élément rigide oscillant comporte un moyen de blocage (43) en forme de fourche prenant appui sur un élément fixe (44) empêchant tout mouvement rotatif dudit élément rigide par rapport au plan perpendiculaire audit axe d'entraînement, de manière à éviter tout frottement dudit élément rigide sur ladite portion de ligne de perfusion.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément rigide (16) est de forme générale circulaire et ladite portion de ligne de perfusion est disposée selon un arc de cercle (22) dans ledit plan perpendiculaire à l'axe d'entraînement.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit élément rigide (16) est en forme de coupelle circulaire (32) dont le bord extérieur comporte des créneaux (38, 40) qui écrasent à tour de rôle ladite portion de ligne de perfusion en forme d'arc de cercle.
4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'axe (18) dudit élément rigide (16) coupe l'axe d'entraînement (14) en un point (X) situé à proximité dudit plan perpendiculaire à cet axe d'entraînement.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moteur (10) entraîne en rotation un moyeu (12), et ledit élément rigide est solidaire d'un arbre (34) qui est monté libre dans une cavité dudit moyeu de façon à pouvoir se mouvoir autour de son axe dans ladite cavité lorsque le moyeu est entraîné par le moteur.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit moteur (10) entraîne en rotation un moyeu (12), et ledit élément rigide est solidaire d'un arbre (34) qui est monté libre dans ledit moyeu au moyen d'une rotule (50) de façon àpouvoir se mouvoir autour de son axe lorsque ledit moyeu est entraîné par ledit moteur.
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