WO2013160312A1 - Systeme de boucle fermee de controle du reflux d'une injection fluidique - Google Patents

Systeme de boucle fermee de controle du reflux d'une injection fluidique Download PDF

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WO2013160312A1
WO2013160312A1 PCT/EP2013/058407 EP2013058407W WO2013160312A1 WO 2013160312 A1 WO2013160312 A1 WO 2013160312A1 EP 2013058407 W EP2013058407 W EP 2013058407W WO 2013160312 A1 WO2013160312 A1 WO 2013160312A1
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pump
pressure
indicator
cycle
liquid
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PCT/EP2013/058407
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Raymond Campagnolo
Pierre Jallon
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Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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    • A61M2210/06—Head
    • A61M2210/0693—Brain, cerebrum

Definitions

  • the invention relates to the control of the localized injection of a fluid, for example a medical fluid and / or therapeutic.
  • US 7,794,443 discloses a localized delivery device of an active ingredient comprising a reservoir, a pump and a catheter, all associated with a pressure sensor, a processor and a pressure profile library. I analyze the temporal evolution of pressure and compare it to a case base (a library of pre-recorded profiles) to determine the infusion status. A display system presents to the operator the time curve of the pressure and indicates whether the delivery is satisfactory or whether there is a problem of the type reflux, plugging, presence of air bubble or rupture of the fluid path .
  • the delivery state selection algorithm does not take into account dynamic phenomena affecting the measured pressure and is based only on the final equilibrium state obtained. In the event of reflux, it merely reports that the injection went wrong, without any anticipation or preventive action. It is therefore a slow, open-loop system: the measurement of the pressure does not interact with the operation of the pump. The measurements are used retrospectively to monitor the delivery, for example by manually stopping the injection. This measurement is not used to act automatically on the pump, during delivery. In addition, only the operator can intervene on the progress of the experiment. The curves presented in this document were obtained on a healthy animal brain (ovine), so the question of the heterogeneity of pathological tissues is not addressed, nor the notion of dynamic behavior of the system.
  • US 4,534,756 discloses a system for analyzing the pressure associated with an infusion pump and a control member to detect malfunctions (such as infiltration, and / or open state). a fluidic circuit, and / or the presence of air bubbles) in the injection of an active substance, in parenteral mode, to generate an alarm.
  • the document EP1980201 describes the various causes, this time the heterogeneity of the tumor tissues, affecting the quality of the therapeutic liquid delivery for the treatment of glioblastoma.
  • the constitution of the catheter and the parameters such as the hydraulic conductivity of the tissues are put forward, and a model of the propagation of the treatment in the cerebral parenchyma is presented.
  • the catheter implantation procedure is cited as a possible cause of reflux initiation (creation of an inter-space around the catheter that promotes the escape of the liquid by its low hydraulic impedance).
  • Software allows the aid, by MRI imaging, to the placement of the catheter, at a good distance from cavities or structures such as ventricles or cerebral grooves that may cause a leak of the therapeutic principle thus reducing to almost nothing the effectiveness of antitumor therapy.
  • a system for injecting and controlling a flow of liquid to be injected comprising:
  • a peristaltic pump for example a peristaltic micro-pump; in a particular mode, it can be performed in silicon technology;
  • a catheter for delivering the fluid into a tissue
  • a pressure sensor for measuring the liquid pressure in the catheter
  • control means for receiving data from the pressure sensor and for controlling the pump as a function of data measured at different times, or as a function of the value of an indicator, itself established as a function of measurements of the pressure at different times of a cycle of operation of the pump.
  • these means can make it possible to detect a reflux situation during an injection and to act on the operation of the pump, for example by stopping the pump or by reversing its operation, when the pump is reversible, that is, that is, it sucks fluid from the catheter.
  • Such a system is capable of rapidly reacting to the onset of reflux along a catheter by analyzing the dynamic behavior of the pressure measured by a sensor.
  • such a system can be used for the distribution of a therapeutic principle in a pathological tissue, for example in a brain tumor.
  • the pressure sensor measures the evolution of the latter as a function of time.
  • the control means can determine an indicator based on a measurement of this pressure at predetermined times. For example, this indicator is a combination of different observed pressures. It may in particular be a comparison between two pressure measurements, in the form of a difference or a ratio.
  • a peristaltic pump operates in cycles, during which the fluid is compressed, each cycle then allowing the delivery of an elementary volume of fluid.
  • the control means establish an indicator, associated or related to the same cycle, from, or as a function of, at least two measurements of the pressure at different times of the same cycle.
  • control means are then able to control the pump according to the value of this indicator.
  • control means are capable of generating an indicator as a function of the comparison of the pressure measured at two instants of the same cycle, in particular as a function of the difference between the pressures measured at two instants of the same cycle.
  • the control means are preferably capable of generating an indicator for each cycle of a series of cycles.
  • control means act on the pump, for example by interrupting its operation, or by reversing the flow direction of the fluid. This can be done by comparing the indicator to a predetermined threshold value.
  • the indicator described above can testify to the presence or absence of reflux.
  • Such a system can also make it possible to increase, in successive stages, the flow rate of the pump up to a set point determined by the user, while having a safety mechanism that will automatically limit this flow as soon as it appears. a start of reflux. This makes it possible to limit the consequences of the appearance of a possible reflux. The system therefore participates in an increase in the safety of the act of therapeutic delivery.
  • this system allows the as fast as possible stop delivery and therefore the least contamination of the structures of the tissue or organ concerned (in the example: the brain).
  • This system can be equipped with a communication interface to transmit to the user the state of the system, when detecting a start of reflux, or a reduction in flow, or a flow actually injected or a cessation of delivery following a critical situation. This is done automatically, and not manually as in US Patent 7794443.
  • the invention also relates to a method for injecting and controlling the injection of a liquid flow to be injected, comprising:
  • the liquid is for example a medical liquid such as an antitumoral liquid.
  • the determination of the presence or absence of a reflux results from the calculation of an established indicator by combining at least two measurements of the pressure at different times.
  • this indicator can be calculated by combining at least two pressures observed during the same cycle.
  • the indicator can be determined as a function of the comparison of the pressure measured at two instants of the same cycle, or also as a function of the difference between the pressures measured at two instants of the same cycle.
  • the indicator is determined for each cycle of a series of cycles.
  • control means act automatically on the pump, especially when this value indicates the occurrence of a reflux phenomenon.
  • the detection of a reflux of the injected liquid makes it possible to reverse the direction of operation of the pump when detecting a reflux of the injected liquid.
  • FIG. 1 represents a system that can be implemented in the context of the present invention
  • FIGS. 2A-2C show the device of FIG. 1, and variants of this device, each time in a specific use
  • FIG. 3 represents an example of a micro-pump that can be used in the context of the present invention
  • FIGS. 4A and 4B respectively represent the evolution of the pressure during the injection of a fluid, without reflux, and a visualization of the injection
  • FIGS. 5A and 5B respectively represent the evolution of the pressure during the injection of a fluid, with reflux, and a visualization of the injection
  • FIG. 6 represents an enlargement of the pressure profile of FIG. 5A
  • FIGS. 7A-7G represent operating steps of a micro-pump used in the context of an embodiment of the present invention
  • FIGS. 8A-8C show pressure measurement curves superimposed on the operating cycle of a micro pump, illustrating the cycle of operation of a micro pump (FIG. 8A), the evolution of the pressure in the event of a normal injection (FIG. 8B) and the evolution of the pressure under reflux (FIG. 8C).
  • FIGS. 9A-9B show the evolution of an operating parameter of the pump, in a case where there is no reflux (FIG. 9A) and in a case of reflux (FIG. 9B).
  • a system shown in FIG. 1 comprises a peristaltic pump 4 for controlling the injection of a fluid via a catheter 8. This fluid itself comes from a reservoir 2 connected to the peristaltic pump.
  • a peristaltic pump makes it possible to be able to change state as quickly as possible. It has active input and output valves (electrically controllable). This is for example a MEMS pump actuation piezoelectric type.
  • An example of a micro-pump that can be used in the context of the present invention is described in WO2011 / 058140 and will be described in more detail below.
  • the pump has a reversible operation: it can therefore, in the same way, manage a distribution of liquid, from the reservoir 2, to a tissue, for example a tissue of the human body or an animal, in particular the brain , and the recovery of a liquid in the injection phase, from the tissue to the reservoir.
  • a tissue for example a tissue of the human body or an animal, in particular the brain
  • This faculty allows the pressure at the outlet of the catheter to be reduced in a very short time.
  • the repumping of a fraction of the liquid contained in the catheter 8 not only makes it possible to block the propagation of a reflux along the same catheter, but also to repopulate all or part of the liquid forming the reflux.
  • the reverse pumping discharges the liquid fraction contained in the catheter, then this pocket of liquid, before starting the removal of the liquid present in the tissues. This avoids delivery of liquid to an undesired location, which is a particularly important advantage when it is desired to deliver a liquid into organs such as the brain.
  • the adhesion between the catheter and the tissue initially in contact can then be restored if enough time is allowed for the system to find a new state of equilibrium.
  • the pumping rate that is to say the flow rate of the delivered fluid, initially zero, is increased gradually.
  • the fact of observing a reflux makes it possible to estimate the maximum flow rate Q.sub.max corresponding to the flow rate of the pump when the reflux appears. It is then understood that to detect a reflux adjusts the pumping rate Q to a value below the flow rate Q. m ax, the latter corresponding to the flow rate which resulted in a reflux.
  • the catheter 8 is preferably a soft and tissue-adherent catheter.
  • a pressure sensor 6 is associated with the device. As illustrated in the various variants of FIGS. 2A-2D, this sensor can be positioned in different parts of the system.
  • the sensor is integrated in the micro pump
  • a realization of a silicon micro pump allows to directly include the pressure sensor in the substrate of the micro-pump, as described in the application WO2011 / 058140.
  • Such a pump 4 may have the structure of Figure 3, comprising a first substrate 10 and second substrate 20 formed, for example, silicon or glass. They may have been assembled by molecular sealing or anodic sealing.
  • At least 3 zones of the second substrate 20 are located facing at least 3 cavities 12-1, 12-2, 12-3 made in the first substrate 10 to form deformable membranes 22-1, 22-2, 22- 3. These cavities are connected in series via the communication conduits 13.
  • the central cavity 12-2 contributes to forming the pumping chamber and the two upstream cavities 12-1 and 12-3 downstream contribute to form active valves.
  • Inlet and outlet ducts 14 which pass through the first substrate 10 are in the form of through-wells, respectively, of upstream 12-1 and downstream 12-3 cavities respectively.
  • the inlet ducts 14 and outlet 15 open into said cavities through an orifice bordered by an annular lip 16.
  • the lips 16 may have a height substantially equal to the depth of the cavities in which they are located.
  • At least 2 clearances 24-1, 24-3 can be made in the lower face of the second substrate 20, and come opposite the corresponding lips 16. They make it possible to guarantee, during the assembly of the substrates, that the top of the lips 16 does not touch the underside of the second substrate 20.
  • clearances 24-1, 24-3 also provide fluid communication, in the case of a mechanically unstressed membrane, between the inlet and outlet ducts 14 and the cavities 12-1, 12-3 in which they open.
  • a boss 17 may be made in the upper face of the first substrate 10 and located substantially in the center of the central cavity 12-2. To avoid contact between the top of the boss 17 and the lower face of the second substrate 20, a clearance 24-2 is advantageously made in the latter.
  • the actuating means of these membranes can be piezoelectric means 31, positioned on conductive elements 33.
  • Contact pads 32, conductive tracks and conductive wires 34 make it possible to supply the micropump with power to the system. outside.
  • Strain gauges make it possible to measure the pressure according to the present invention, by measuring the deformation of the membranes, as explained in WO 2011/058140. They can be made on the upper face of the second substrate and disposed above the deformable membranes. These gauges make it possible to measure the deformation of the membranes in order to know their position (high, low or intermediate position), and / or to measure local pressures in the microchannel of the micropump. For example, it is possible to measure the pressure difference between the upstream cavity and the downstream cavity, and thus to measure the fluid flow or to detect a leak. In the case where the sensor is not integrated in the micro pump, it may be a known type of pressure sensor, disposed at or downstream of the outlet channel.
  • the strain gauges may be made of a conductive material having a high gage factor, for example the metal, such as platinum, or, preferably, a doped semiconductor material such as, for example, doped silicon.
  • p obtained by implantation of boron ions. The implantation of boron ions can be carried out directly on the Si membrane.
  • the senor 6 may be connected to a control device 44, for collection and data processing.
  • a control device can then control the operation of the pump 4, in particular input and output valves, according to said data.
  • Electronic means such as a microcomputer or a computer, comprising a central unit 46, can therefore be programmed to store and process the data of the sensor 6, for example the pressure data referred to below in connection with the figures 8A-8C.
  • This unit can be programmed to implement a data processing method according to the invention.
  • Display or display means 47 make it possible, after processing, to represent pressure evolution curves, for example of the type illustrated in FIG. FIGS. 4A, 5A or 6.
  • the same means 44 may be implemented with the other configurations of the device, represented in FIGS. 2B-2C.
  • FIGS. 2A-2C represent variants of the system presented above, in an application of each of these systems to the injection of a fluid into a tissue 11, and in particular into the brain.
  • the end of the catheter 8 is implanted in the tissue in question, and the sensor 6 makes it possible to detect any variation in the pressure of the flow of the fluid in the fluid conduit formed by this catheter 8.
  • FIG. 2A The system shown in FIG. 2A is the same as that of FIG. 1, but when used for injection of a fluid into tissue 11 of a patient using catheter 8.
  • the senor 6 is positioned at the output of the micro-pump, but in an upstream portion of the catheter 8.
  • the sensor may be made in silicon technology. Arranged in the vicinity of the micro pump, it can be integrated in a housing common to it.
  • the senor 6 is positioned in a downstream portion of the catheter 8, but before the end thereof. It is therefore an external sensor, which can be located at the interface between the tissues 11 and the catheter 8. In certain cases, it may indeed be advantageous to place the pressure sensor closer to the exit of the catheter 8, but outside the tissues, for example just on or under the skin.
  • the sensor 6 is positioned, preferably between the pump and the end of the catheter, through which fluid is delivered. In other words, the sensor 6 is positioned downstream of the pump.
  • the curve of FIG. 4A represents a time recording of the evolution of the pressure at the outlet of a micro-pump actuated by piezoelectric means, with a metal needle 21 of small diameter and in the absence of reflux.
  • FIG. 4B the needle 21 and the medium 22 in which its end is dipped are clearly visible.
  • the Gauge is a unit of measurement used for the diameter of the needles
  • the injected liquid is a 0.6% agarose gel; - injection depth and 5 mm;
  • the infusion volume is 10 ⁇ l
  • the injection flow rate is 0.2 ⁇ / ⁇ ;
  • the pump is a MEMS type pump with piezoelectric actuation, at a frequency of 0.025 Hz, at 170 Vpp (peak - peak volt).
  • FIG. 4B makes it possible to visualize the injection with the aid of a dye 24.
  • This view confirms the absence of reflux, an almost spherical distribution of the dye having been obtained.
  • the injection flow rate is 0.5 ⁇ / ⁇ ;
  • the pump is a MEMS pump, with piezoelectric actuation, at a frequency of 0.07 Hz, at 170 Vpp.
  • the curve of this FIG. 5A comprises two parts:
  • FIG. 5B still makes it possible to visualize the injection with the aid of a dye 24.
  • This view shows a distribution of the dye located around the needle, but with a shape that is remote from the quasi-spherical shape of the distribution. observed in FIG. 4B.
  • this figure corresponds to the appearance of a reflux.
  • FIG. 6 (for which the measurement conditions are identical to those mentioned above for FIGS. 5A and 5B) is a zoom on the period of appearance of the reflux, between 380 s and 480 seconds. It shows that each pump cycle corresponds to a flow impulse; thus, each pump cycle results in a pulse of the pressure measured at or downstream of the pump.
  • the pump 4 used in the measurements presented above operates in a period of 6 phases according to the procedure illustrated in FIGS. 7A-7F.
  • FIG. 7A shows a phase of the operation of a variant of a pump such as that described above with reference to FIG.
  • a stressed layer 35 (FIG. 7A) is deposited directly on the surface of the upper face of at least one of the membranes produced, before the deposition of the conductive layer.
  • This stressed layer exerts a force on the membrane concerned which causes a deformation thereof.
  • this strained layer may be deposited on the upstream and downstream membranes (facing the cavities 12.1 and 12.3) and thus causes the membranes to come into contact with the opposite lips.
  • the membranes are not activated by the actuating means, here by the piezoelectric pellets, the membranes are deformed in a rest position. In this way, they form upstream and downstream valves closed at rest.
  • the other reference numerals of FIG. 7A designate elements identical to those already described above in connection with FIG. 3 with the same reference numerals.
  • the strained layer 35 may be, for example, PECVD deposited Si3N3 having an internal stress in tension of the order of several hundreds of mega-pascal, for example 700 MPa. Its thickness can be of the order of 0.1 ⁇ at 1 ⁇ . As illustrated in FIG. 7A, the deflection of the membrane 22-1 induced by the stressed layer 35 is then a few microns and is sufficient to bring the membrane into contact with the lip 16 opposite.
  • FIG. 7A shows the first phase of operation of the pump, this phase would be similar for the pump described above in connection with FIG. 3. During this phase, the fluid then enters through the channel 14 and leaves through the channel 15.
  • FIGS. 7B-7F show different phases (respectively phases 1-6) of operation of a peristaltic pump. In this diagram, the pump is shown very schematically, with an inlet duct 14 and an outlet duct 15. These are placed differently with respect to their positions in the structures of FIGS. 3 and 7A, but this does not change the operation of the device. The piezoelectric activation means 31 of the different chambers are also shown.
  • phase 1 the phase of FIG. 7B (phase 1), during which the means 31 for activating the chamber 12.1 are activated, corresponds to that shown in FIG. 7A, the fluid then entering through the channel 14.
  • this pump is cyclic, a given quantity of fluid being delivered (pumped) during each cycle.
  • Peristaltic pumps generally have such cyclic operation.
  • the pressure can be measured at the outlet of the pump, that is to say that the pressure sensor 6 is downstream of the valve 12.3.
  • the sensor makes it possible to measure the pressures in the chambers. Once the outlet valve is open and the inlet valve is closed, it can measure the pressure in the catheter.
  • the valve 12.3 is open, the measured pressure increases abruptly due to the injection of the volume into the catheter.
  • the increase in pressure is usually greater in the absence of reflux.
  • a pumping cycle comprises:
  • a first phase said rest phase during which the pump does not deliver liquid in the catheter: during this phase, the pressure in the catheter is stable in the absence of reflux, and can decrease in the presence of a reflux. Indeed, during this phase, in the absence of reflux, there is no flow of fluid in the catheter. The presence of a reflux corresponds to a leak, which can result in a decrease in pressure;
  • a second phase during which the pump injects the liquid into the catheter, which induces a pressure jump in the catheter.
  • the presence of a reflux can result in a decrease of this pressure jump, compared to the pressure jump in the absence of reflux.
  • an indicator said reflux indicator, from which it can be concluded that the presence or absence of reflux .
  • an indicator is established for each cycle.
  • this indicator is a comparison of the pressure measured between two instants of the same cycle. It will then be shown that the presence of a reflux decreases the pressure variation between the end of the so-called rest period and the beginning of the pumping period.
  • the pumping cycle is observed on the measurement curves of the pressure sensor, such as those of FIGS. 8A-8C, on which the different phases 1 - 6 of the first cycles are identified.
  • the evolution of the pressure (in arbitrary unit) measured during the succession of several cycles has also been represented. As previously described, this pressure changes substantially in increasing increments.
  • phase 6 If there is no reflux, the pressure at the beginning of phase 6 is slightly higher than at the beginning of phase 5. The target tissue therefore absorbs the injected liquid.
  • P 5 the pressure measured for a duration of, for example, 1 second after the start of phase 5.
  • FIGS. 9A and 9B The evolution of this parameter is shown in FIGS. 9A and 9B (J being measured once per pump operating cycle):
  • FIG. 9A corresponds to the case where there is no reflux, the values of J oscillate around 0.5 (right scale); the other curve represents the evolution of the pressure as a function of time,
  • the measurement of the pressure during the various phases of operation of a pump makes it possible to form an indicator J, from different pressure measurements, generally during the same cycle, this indicator being representative of a reflux situation.
  • This indicator can be, as in the example given above, the difference between the pressures measured during the last two phases of the pump cycle, or, more generally, a difference between the pressures measured during two different phases. of the pump cycle. Comparison of this indicator J with a predetermined threshold indicator Jth shoid may then allow to conclude the presence or absence of reflux. An indicator can then be established corresponding to each cycle of a series of cycles.
  • the data processing means 44, 46 can, from the data supplied by the pump 6, calculate the parameter or parameters in question, for example the parameter J as indicated above. They can also perform a comparison of this criterion J or this or these parameters with a threshold value Jth shoid, to possibly trigger a stoppage of the pump 4 or a reversal of its operation. Finally, the values of the selected parameter can be presented to an operator by the display means 47. A reflux situation can also be signaled to it by a visual and / or auditory signal which, again, the means 44 , 46 can achieve.
  • a micro-pump comprising passive valves, that is to say valves that can not be activated by an effector, is employed. outside.
  • Such valves open and close under the effect of the pressure in the pump, the pumping being performed by an activated valve, for example by a piezoelectric means.
  • the advantage is a simplification of the system technology and therefore the cost, but it is at the expense of performance (in terms of security in particular). It is then impossible to reduce the pressure in the fluid circuit of the pump, only the rapid stop of the injection would be possible. In addition, this type of valve does not operate in a reversible mode.
  • the reflux indicator J can be determined simply, for example by comparing two measured values at two different times, as explained above. But, in general, more complex indicators can be envisaged, from pressure values at different times.
  • the invention can be implemented in the context of any application requiring the localized injection, with the aid of a catheter, of a liquid, for example an antitumor therapeutic liquid, in particular in a structural organ compact (eg brain-like).
  • a liquid for example an antitumor therapeutic liquid, in particular in a structural organ compact (eg brain-like).
  • an insertion of a catheter into a tissue 11 of a patient can be performed, as illustrated in each of FIGS. 2A-2C, this catheter having been, or being thereafter , connected to an assembly comprising a pump 4 and a sensor 6 as described above, all of which can then be connected to a reservoir 2 of a liquid to be injected into the tissue 11.
  • steps are preceded by a surgical step to introduce the catheter into the tissue.

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Abstract

On décrit un système d'injection et de contrôle d'un flux de liquide à injecter, comportant: - une pompe péristaltique (4); - un cathéter (8), pour délivrer le fluide à injecter; - un capteur de pression (6) pour mesurer la pression de liquide dans le cathéter, - des moyens de contrôle (44) pour recevoir des données du capteur de pression (6) et pour contrôler la pompe (4) en fonction des données mesurées à différents instants.

Description

SYSTEME DE BOUCLE FERMEE DE CONTROLE DU REFLUX D'UNE INJECTION FLUIDIQUE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
L'invention se rapporte à la maîtrise de l'injection localisée d'un fluide, par exemple un fluide médical et/ou thérapeutique.
C'est le cas notamment de l'injection d'un principe thérapeutique dans le parenchyme cérébral pathologique (neuro-dégénératif ou tumoral).
Elle permet la détection d'une amorce de reflux, puis mettre fin à cette amorce et d'assurer ainsi la sécurité d'un patient. Dans le cas contraire, en effet, des effets secondaires peuvent se produire, qui peuvent être délétères, effet, notamment, qui peuvent être liés à la contamination du LCR (ou Liquide Céphalo Rachidien).
Le document US 7 794 443 décrit un dispositif de délivrance localisée d'un principe actif comportant un réservoir, une pompe et un cathéter, le tout associé à un capteur de pression, à un processeur et à une librairie de profil de pression. I l analyse l'évolution temporelle de la pression et la compare à une base de cas (une bibliothèque de profils pré enregistrés) pour déterminer l'état de l'infusion. Un système d'affichage présente à l'opérateur la courbe temporelle de la pression et indique si la délivrance est satisfaisante ou s'il existe un problème du type reflux, de bouchage, de présence de bulle d'air ou de rupture du chemin fluidique.
Dans ce document, l'algorithme de sélection de l'état de délivrance ne tient pas compte des phénomènes dynamiques affectant la pression mesurée et ne se base que sur l'état d'équilibre final obtenu. En cas de reflux il se contente de signaler que l'injection s'est mal déroulée, sans aucune anticipation ni action préventive. C'est donc un système lent, en boucle ouverte : la mesure de la pression n'interagit pas sur le fonctionnement de la pompe. Les mesures sont utilisées a posteriori pour surveiller la délivrance, par exemple en stoppant manuellement l'injection. Cette mesure ne sert pas pour agir automatiquement sur la pompe, en cours de délivrance. En outre, seul l'opérateur peut intervenir sur le déroulement de l'expérience. Les courbes présentées dans ce document ont été obtenues sur un cerveau d'animal sain (ovin), donc la question de l'hétérogénéité des tissus pathologiques n'est pas abordée, ni la notion de comportement dynamique du système.
Un autre document, US 4 534 756, décrit un système d'analyse de la pression associé à une pompe d'infusion et à un organe de contrôle pour détecter des dysfonctionnements (tels qu'une infiltration, et/ou l'état ouvert d'un circuit fluidique, et/ou la présence de bulles d'air) dans l'injection d'une substance active, en mode parentéral, afin de générer une alarme.
Mais ce document ne résout pas les problèmes de reflux.
Le document EP1980201 décrit les différentes causes, dont cette fois l'hétérogénéité des tissus tumoraux, affectant la qualité de la délivrance de liquide thérapeutique pour le traitement du glioblastome. En particulier, la constitution du cathéter et les paramètres tels que la conductivité hydraulique des tissus sont mis en avant, et un modèle de la propagation du traitement dans le parenchyme cérébral est présenté. La procédure d'implantation du cathéter est citée comme une cause possible d'initiation du reflux (création d'un inter-espace autour du cathéter qui favorise l'échappement du liquide par sa faible impédance hydraulique). Un logiciel permet l'aide, par imagerie IRM, au placement du cathéter, à bonne distance de cavités ou de structures telles que les ventricules ou les sillons cérébraux risquant d'entraîner une fuite du principe thérapeutique réduisant ainsi presque à néant l'efficacité de la thérapie antitumorale.
L'article « Focal delivery during direct infusion to brain : rôle of flow rate, cathéter diameter and tissue mechanics » de Paul F. Morrison et al., pose les bases d'un modèle mathématique de la délivrance d'un principe actif à partir d'un cathéter et donne des exemples de reflux survenus suite à un débit de liquide incompatible avec les propriétés hydraulique (conductivité) des tissus cérébraux. Les autoradiographies affichées dans l'article montrent que, à faible débit, le reflux est négligeable mais qu'aux environs de 5μΙ/ιηίη, il y a une fuite du liquide vers des structures du cortex du rat. EXPOSÉ DE L'INVENTION
On décrit d'abord un système d'injection et de contrôle d'un flux de liquide à injecter, comportant :
- une pompe péristaltique, par exemple une micro-pompe péristaltique ; dans un mode particulier, celle-ci peut être réalisée en technologie silicium ;
- un cathéter, pour délivrer le fluide dans un tissu ;
- un capteur de pression pour mesurer la pression de liquide dans le cathéter,
- des moyens de contrôle pour recevoir des données du capteur de pression et pour commander la pompe en fonction de données mesurées à différents instants, ou en fonction de la valeur d'un indicateur, établi lui-même en fonction de mesures de la pression à différents instants d'un cycle de fonctionnement de la pompe.
En particulier ces moyens peuvent permettre de détecter une situation de reflux lors d'une injection et d'agir sur le fonctionnement de la pompe, par exemple en stoppant la pompe ou en inversant son fonctionnement, lorsque la pompe est réversible, c'est-à-dire qu'elle permet d'aspirer le fluide présent dans le cathéter. Un tel système est capable de réagir rapidement à l'amorce d'un reflux le long d'un cathéter par l'analyse du comportement dynamique de la pression mesurée par un capteur.
Dans un exemple, un tel système peut être utilisé pour la distribution d'un principe thérapeutique dans un tissu pathologique, par exemple dans une tumeur cérébrale.
Fréquemment, lors de la délivrance d'un fluide dans un tissu, la pression dans le cathéter augmente peu à peu, jusqu'à atteindre un équilibre.
Le capteur de pression permet de mesurer l'évolution de cette dernière en fonction du temps. Les moyens de contrôle peuvent déterminer un indicateur basé sur une mesure de cette pression à des instants prédéterminés. Par exemple, cet indicateur est une combinaison de différentes pressions observées. Il peut notamment s'agir d'une comparaison entre deux mesures de pressions, sous la forme d'une différence ou d'un ratio.
Généralement, une pompe péristaltique fonctionne par cycles, au cours desquels le fluide est comprimé, chaque cycle permettant alors la délivrance d'un volume élémentaire de fluide. De préférence, les moyens de contrôle établissent un indicateur, associé ou relatif à un même cycle, à partir, ou en fonction, d'au moins deux mesures de la pression à différents instants d'un même cycle.
Les moyens de contrôle sont alors aptes à commander la pompe en fonction de la valeur de cet indicateur.
Par exemple les moyens de contrôle sont aptes à générer un indicateur en fonction de la comparaison de la pression mesurée à deux instants d'un même cycle, notamment en fonction de la différence entre les pressions mesurées à deux instants d'un même cycle.
Les moyens de contrôle sont de préférence aptes à générer un indicateur pour chaque cycle d'une série de cycles.
En fonction de la valeur de l'indicateur, les moyens de contrôle agissent sur la pompe, par exemple en interrompant son fonctionnement, ou en inversant le sens d'écoulement du fluide. Cela peut se faire en comparant l'indicateur à une valeur seuil prédéterminée.
On peut ainsi détecter, au plus tôt, et interdire, l'apparition puis la propagation d'un phénomène de reflux, avant qu'il ne devienne impossible à maîtriser (par exemple une contamination du Liquide Céphalo Rachidien), l'objectif étant de stopper au plus vite la délivrance du produit, voire d'aspirer une partie du liquide. Ainsi, l'indicateur décrit ci-dessus peut témoigner de la présence ou de l'absence d'un reflux.
Un tel système peut également permettre de faire croître, par paliers successifs, le débit de la pompe jusqu'à une consigne déterminée par l'utilisateur, tout en disposant d'un mécanisme de sécurité qui limitera automatiquement ce débit dès l'apparition d'une amorce de reflux. Cela permet de limiter les conséquences de l'apparition d'un éventuel reflux. Le système participe donc à une augmentation de la sécurité de l'acte de délivrance thérapeutique.
Si une maîtrise complète du reflux ne peut être obtenue, par exemple du fait d'une très grande hétérogénéité locale de la structure du tissu (par exemple encore dans le cas du parenchyme cérébral pathologique), ce système permet l'arrêt le plus rapide possible de la délivrance et donc la contamination la plus minime des structures du tissu ou de l'organe concerné (dans l'exemple : le cerveau).
Ce système peut être doté d'une interface de communication pour transmettre à l'utilisateur l'état du système, lors d'une détection d'une amorce de reflux, ou d'une réduction du débit, ou d'un débit réellement injecté ou d'un arrêt de la délivrance suite à une situation critique. Cela est réalisé automatiquement, et non manuellement comme dans le brevet US 7794443.
L'invention concerne également un procédé d'injection et de contrôle de l'injection d'un flux de liquide à injecter, comportant :
- l'injection du fluide par une pompe péristaltique et un cathéter ;
- la mesure de la pression de liquide dans le cathéter à l'aide d'un capteur de pression ;
- le contrôle de la pompe en fonction des données mesurées par le capteur de pression à différents instants, ou en fonction de la valeur d'un indicateur, établi lui-même en fonction de mesures de la pression à différents instants d'un cycle de fonctionnement de la pompe.
Le liquide est par exemple un liquide médical tel qu'un liquide antitumoral.
Dans un tel procédé, il est possible de contrôler la pompe en fonction des données du capteur de pression ou de la valeur de l'indicateur.
Selon un mode de réalisation, la détermination de la présence ou l'absence d'un reflux résulte du calcul d'un indicateur établi en combinant au moins deux mesures de la pression à différents instants. Dans le cas d'une pompe cyclique, par exemple une pompe péristaltique, cet indicateur peut être calculé en combinant au moins deux pressions observées au cours d'un même cycle. L'indicateur peut être déterminé en fonction de la comparaison de la pression mesurée à deux instants d'un même cycle, ou encore en fonction de la différence entre les pressions mesurées à deux instants d'un même cycle.
De préférence, l'indicateur est déterminé pour chaque cycle d'une série de cycles.
En fonction de la valeur de cet indicateur, les moyens de contrôle agissent automatiquement sur la pompe, notamment lorsque cette valeur indique l'apparition d'un phénomène de reflux.
La détection d'un reflux du liquide injecté permet d'inverser le sens de fonctionnement de la pompe lors de la détection d'un reflux du liquide injecté.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente un système pouvant être mis en œuvre dans le cadre la présente invention,
- les figures 2A-2C représentent le dispositif de la figure 1, et des variantes de ce dispositif, à chaque fois dans une utilisation spécifique,
- la figure 3 représente un exemple de micro-pompe pouvant être utilisée dans le cadre de la présente invention,
- les figures 4A et 4B représentent respectivement l'évolution de la pression lors de l'injection d'un fluide, sans reflux, et une visualisation de l'injection,
- les figures 5A et 5B représentent respectivement l'évolution de la pression lors de l'injection d'un fluide, avec reflux, et une visualisation de l'injection,
- la figure 6 représente un agrandissement du profil de pression de la figure 5 A,
- les figures 7A-7G représentent des étapes de fonctionnement d'une micro-pompe utilisée dans le cadre d'une réalisation de la présente invention,
- les figures 8A-8C représentent des courbes de mesure de pression, superposées au cycle de fonctionnement d'une micro pompe, illustrant le cycle de fonctionnement d'une micro pompe (figure 8A), l'évolution de la pression en cas d'injection normale (figure 8B) et l'évolution de la pression en cas de reflux (figure 8C).
- les figures 9A-9B représentent l'évolution d'un paramètre de fonctionnement de la pompe, dans un cas ou il n'y a pas de reflux (figure 9A) et dans un cas de reflux (figure 9B).
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un système représenté en figure 1 comporte une pompe péristaltique 4, pour contrôler l'injection d'un fluide par l'intermédiaire d'un cathéter 8. Ce fluide provient lui-même d'un réservoir 2, relié à la pompe péristaltique.
Une pompe péristaltique permet de pouvoir changer d'état le plus rapidement possible. Elle possède des vannes d'entrée et de sortie actives (pilotables électriquement). C'est par exemple une pompe MEMS à actionnement de type piézoélectrique. Un exemple de micro-pompe pouvant être utilisée dans le cadre de la présente invention est décrite dans le document WO2011/058140 et sera décrit un peu plus en détail ci-dessous.
De préférence, la pompe a un fonctionnement réversible : elle peut donc gérer, de la même manière, une distribution de liquide, depuis le réservoir 2, vers un tissu, par exemple un tissu du corps humain ou d'un animal, notamment le cerveau, et la récupération d'un liquide en phase d'injection, depuis le tissu vers le réservoir. Cette faculté autorise la diminution de la pression en sortie du cathéter en un temps très court. Le repompage d'une fraction du liquide, contenu dans le cathéter 8, permet non seulement de bloquer la propagation d'un reflux le long de ce même cathéter, mais également de repomper tout ou partie du liquide formant le reflux. En effet, puisqu'un chemin de faible résistance hydraulique est en cours de création à la surface externe du cathéter, le pompage inverse évacue la fraction de liquide contenu dans le cathéter, puis cette poche de liquide, avant de débuter le retrait du liquide présent dans les tissus. Cela évite la délivrance d'un liquide dans un endroit non désiré, ce qui est un avantage particulièrement important lorsqu'on souhaite délivrer un liquide dans des organes tels que le cerveau. L'adhérence entre le cathéter et le tissu initialement en contact peut ensuite être rétablie si on laisse suffisamment de temps au système pour trouver un nouvel état d'équilibre.
Selon un mode de réalisation, le débit de pompage, c'est-à-dire le débit du fluide délivré, initialement nul, est augmenté peu à peu. Le fait de constater un reflux permet une estimation du débit maximal Q.max correspondant au débit de la pompe lorsque le reflux apparaît. On comprend alors que le fait de détecter un reflux permet d'ajuster le débit de pompage Q. à une valeur inférieure au débit Q.max, ce dernier correspondant à la valeur du débit ayant entraîné un reflux.
Le cathéter 8 est de préférence un cathéter souple et adhérent aux tissus.
Un capteur de pression 6 est associé au dispositif. Comme illustré sur les différentes variantes des figures 2A - 2D, ce capteur peut être positionné en différents endroits du système.
En figure 1 (et en figure 2A), le capteur est intégré dans la micro pompe
4. Une réalisation d'une micro pompe en silicium permet d'inclure directement le capteur de pression dans le substrat de la micro-pompe, comme décrit dans la demande WO2011/058140.
Une telle pompe 4 peut avoir la structure de la figure 3, comportant un premier substrat 10 et second substrat 20 formés, par exemple, en silicium ou en verre. Ils peuvent avoir été assemblés par scellement moléculaire ou par scellement anodique.
Au moins 3 zones du second substrat 20 sont situées en regard d'au moins 3 cavités 12-1, 12-2, 12-3 réalisées dans le premier substrat 10 pour former des membranes déformables 22-1, 22-2, 22-3. Ces cavités sont connectées en série par l'intermédiaire des conduits de communication 13. La cavité centrale 12-2 contribue à former la chambre de pompage et les deux cavités amont 12-1 et aval 12-3 contribuent à former des vannes actives.
Des conduits d'entrée 14 et de sortie 15 qui traversent le premier substrat 10 sont réalisés sous forme de puits débouchants à l'intérieur, respectivement, des cavités amont 12-1 et aval 12-3. Les conduits d'entrée 14 et de sortie 15 débouchent dans lesdites cavités par un orifice bordé d'une lèvre annulaire 16. Les lèvres 16 peuvent présenter une hauteur sensiblement égale à la profondeur des cavités dans lesquelles elles sont situées.
Au moins 2 dégagements 24-1, 24-3 peuvent être réalisés dans la face inférieure du second substrat 20, et viennent en regard des lèvres correspondantes 16. Ils permettent de garantir, lors de l'assemblage des substrats, que le sommet des lèvres 16 ne touche pas la face inférieure du second substrat 20.
De plus, ces dégagements 24-1, 24-3 assurent également une communication fluidique, dans le cas d'une membrane non contrainte mécaniquement, entre les conduits d'entrée 14 et de sortie 15 et les cavités 12-1, 12-3 dans lesquelles ils débouchent.
Un bossage 17 peut être réalisé dans la face supérieure du premier substrat 10 et localisé sensiblement au centre de la cavité centrale 12-2. Pour éviter le contact entre le sommet du bossage 17 et la face inférieure du second substrat 20, un dégagement 24-2 est avantageusement réalisé dans cette dernière.
En variante, il est possible de ne pas réaliser de dégagements dans la face inférieure du second substrat 20, qui reste alors plane. La hauteur des lèvres 16 est alors inférieure à la profondeur des cavités amont 12-1 et aval 12-3 dans lesquelles elles sont situées. Ainsi, le sommet des lèvres 16 ne touche pas la face inférieure du second substrat et la communication fluidique, dans le cas d'une membrane non contrainte mécaniquement, entre les conduits d'entrée 14 et de sortie 15 et les cavités 12-1, 12-3 dans lesquelles ils débouchent, est également assurée. De la même manière, il est possible de réaliser un bossage 17 dont la hauteur est inférieure à la profondeur de la cavité centrale 12-2 dans lequel il est situé.
Les moyens d'actionnement de ces membranes peuvent être des moyens piézoélectriques 31, positionnées sur des éléments conducteurs 33. Des plots de contact 32, des pistes conductrices et des fils conducteurs 34 permettent d'assurer l'alimentation électrique de la micropompe avec le système extérieur.
Des jauges de contrainte permettent de mesurer la pression selon la présente invention, via la mesure de la déformation des membranes, comme expliqué dans WO 2011/058140. Elles peuvent être réalisées sur la face supérieure du second substrat et disposées au-dessus des membranes déformables. Ces jauges permettent de mesurer la déformation des membranes afin de connaître leur position (position haute, basse ou intermédiaire), et/ou de mesurer des pressions locales dans le microcanal de la micropompe. Il est par exemple possible de mesurer la différence de pression entre la cavité amont et la cavité aval, et ainsi de mesurer le débit de fluide ou détecter une fuite. Dans le cas où le capteur n'est pas intégré dans la micro pompe, ce peut_être un capteur de pression de type déjà connu, disposé au niveau ou en aval du canal de sortie.
Les jauges de contrainte peuvent être réalisées en un matériau conducteur présentant un facteur de jauge élevé, par exemple le métal, tel que le platine, ou, de façon préférée, en un matériau semi-conducteur dopé tel que, par exemple, le silicium dopé p obtenu par implantation d'ions bore. L'implantation d'ions bore peut-être réalisée directement sur la membrane Si.
D'autres détails (dimensions, procédés de réalisation) concernant cet exemple de micro-pompe sont donnés dans le document WO 2011/058140. Une variante de la micro pompe présentée ci-dessus est en outre décrite plus loin, en liaison avec la figure 7 A, des détails de cette variante pouvant également être trouvés dans le document WO 2011/058140.
Dans tous les cas (celui de la figure 1 mais aussi dans les figures 2A - 2C), le capteur 6 peut être relié à un dispositif 44 de contrôle, pour collection et de traitement des données. Un dispositif de contrôle peut alors contrôler le fonctionnement de la pompe 4, notamment de vannes d'entrée et de sortie, en fonction desdites données.
Des moyens électroniques tels qu'un micro ordinateur ou un calculateur, comportant une unité centrale 46, peuvent donc être programmés pour mémoriser et traiter les données du capteur 6, par exemple les données de pression dont il est question plus loin en liaison avec les figures 8A-8C. Cette unité peut être programmée pour mettre en œuvre un procédé de traitement de données selon l'invention. Des moyens 47 d'affichage ou de visualisation permettent, après traitement, de représenter des courbes d'évolution de pression, par exemple du type illustré en figures 4A, 5A ou 6. Les mêmes moyens 44 peuvent mis en œuvre avec les autres configurations du dispositif, représentées en figures 2B - 2C.
Les figures 2A - 2C représentent des variantes du système présenté ci dessus, dans une application de chacun de ces systèmes à l'injection d'un fluide dans un tissu 11, et notamment dans le cerveau. Dans tous les cas, l'extrémité du cathéter 8 est implantée dans le tissu concerné, et le capteur 6 permet de détecter toute variation de pression de l'écoulement du fluide dans le conduit fluidique formé par ce cathéter 8.
Le système représenté en figure 2A est le même que celui de la figure 1, mais lors d'une utilisation pour une injection d'un fluide dans un tissu 11 d'un patient à l'aide du cathéter 8.
En figure 2B, le capteur 6 est positionné en sortie de la micro-pompe, mais dans une portion amont du cathéter 8. Là encore, le capteur peut être réalisé en technologie silicium. Disposée au voisinage de la micro pompe, il peut être intégré dans un boîtier commun à celle-ci.
En figure 2C, le capteur 6 est positionné dans une portion aval du cathéter 8, mais avant l'extrémité de celui-ci. C'est donc un capteur externe, qui peut être situé à l'interface entre les tissus 11 et le cathéter 8. Dans certains cas, il peut en effet être intéressant de placer le capteur de pression plus près de la sortie du cathéter 8, mais en dehors des tissus, par exemple juste sur ou sous la peau.
Ainsi, quel que soit le mode de réalisation, on comprend que le capteur
6 est positionné, de préférence entre la pompe et l'extrémité du cathéter, par laquelle le fluide est délivré. Autrement dit, le capteur 6 est positionné en aval de la pompe.
La courbe de la figure 4A représente un enregistrement temporel de l'évolution de la pression à la sortie d'une micro-pompe actionnée par moyens piézo- électriques, avec une aiguille métallique 21 de petit diamètre et en absence de reflux. Sur la figure 4B on voit bien l'aiguille 21 et le milieu 22 dans lequel son extrémité est plongée.
Les paramètres utilisés pour cette mesure sont les suivants :
- une aiguille 32 Gauge (Le Gauge est une unité de mesure utilisée pour le diamètre des aiguilles) ;
- le liquide injecté est un gel d'agarose à 0,6 % ; - la profondeur d'injection et de 5 mm ;
- le volume d'infusion est de 10 μί ;
- le débit d'injection est de 0,2 μί/ιηη ;
- la pompe est une pompe de type MEMS, à actionnement piézo- électrique, à une fréquence de 0,025Hz, sous 170 Vpp (Volt crête - crête).
La courbe de la figure 4A comporte 2 parties :
- une montée en pression, qui va sensiblement de l'origine jusqu'à environ 3200 secondes,
- puis une décroissance de pression qui correspond à l'arrêt de la pompe.
La représentation de la figure 4B permet de visualiser l'injection à l'aide d'un colorant 24. Cette vue confirme l'absence de reflux, une distribution quasi sphérique du colorant ayant été obtenue.
Dans le cas d'un reflux, l'évolution de la pression en fonction du temps montre une décroissance locale de la pression comme l'illustre la représentation de la figure 5A.
Les paramètres utilisés pour cette mesure sont les mêmes que pour la mesure précédente, sauf pour les deux derniers :
- le débit d'injection est de 0,5 μί/ιηη ;
- la pompe est une pompe de type MEMS, à actionnement piézoélectrique, à une fréquence de 0,07Hz, sous 170 Vpp.
La courbe de cette figure 5A comporte deux parties :
- une montée en pression, qui va sensiblement de l'origine jusqu'à environ 450 secondes,
- puis une lente décroissance de la pression.
La représentation de la figure 5B permet encore de visualiser l'injection à l'aide d'un colorant 24. Cette vue monte une distribution du colorant localisée autour de l'aiguille, mais avec une forme éloignée de la forme quasi sphérique de la distribution observée en figure 4B. Autrement dit, cette figure correspond à l'apparition d'un reflux. La figure 6 (pour laquelle les conditions de mesure sont identiques à celles mentionnées ci-dessus pour les figures 5A et 5B) est un zoom sur la période d'apparition du reflux, entre 380 s et 480 secondes. Elle montre qu'à chaque cycle de pompage correspond une impulsion de débit ; ainsi, chaque cycle de pompage se traduit par une impulsion de la pression mesurée au niveau ou en aval de la pompe.
La pompe 4, utilisée dans les mesures présentées ci-dessus, fonctionne en période de 6 phases selon le mode opératoire illustré en figures 7A - 7F.
On a représenté en figure 7A une phase du fonctionnement d'une variante d'une pompe telle que celle décrite ci-dessus en liaison avec la figure 3.
Dans cette variante, une couche contrainte 35 (figure 7A) est déposée directement à la surface de la face supérieure d'au moins une des membranes réalisées, avant le dépôt de la couche conductrice.
Cette couche contrainte exerce un effort sur la membrane concernée qui entraîne une déformation de celle-ci. Par exemple, cette couche contrainte peut être déposée sur les membranes amont et aval (face aux cavités 12.1 et 12.3) et provoque ainsi la mise en contact des membranes avec les lèvres en regard. Aussi, lorsque les membranes ne sont pas activées par les moyens d'actionnement, ici par les pastilles piézoélectriques, les membranes sont déformées dans une position de repos. De cette manière, elles forment des vannes amont et aval fermées au repos. Les autres références numériques de la figure 7A désignent des éléments identiques à ceux qui ont déjà été décrits ci-dessus en liaison avec la figure 3 avec les mêmes références numériques.
La couche contrainte 35 peut être, par exemple, du Si3N3 déposé par PECVD présentant une contrainte interne en tension de l'ordre de plusieurs centaines de méga pascal, par exemple 700 MPa. Son épaisseur peut être de l'ordre de 0,1 μιη à 1 μιη. Comme l'illustre la figure 7A, la déflexion de la membrane 22-1 induite par la couche contrainte 35 est alors de quelques microns et suffit à provoquer la mise en contact de la membrane avec la lèvre 16 en regard.
En figure 7A, on a représenté la première phase de fonctionnement de la pompe, cette phase serait similaire pour la pompe décrite ci-dessus en liaison avec la figure 3. Durant cette phase, le fluide entre alors par le canal 14 et en sort par le canal 15. On a représenté, en figure 7B - 7F, différentes phases (respectivement phases 1-6) de fonctionnement d'une pompe péristaltique. Sur ce schéma, la pompe est représentée de manière très schématique, avec un conduit d'entrée 14 et un conduit de sortie 15. Ces derniers sont placés de manière différente par rapport à leurs positions dans les structures des figures 3 et 7A, mais cela ne change rien au fonctionnement du dispositif. On a également représenté les moyens d'activation piézo-électrique 31 des différentes chambres.
La phase de la figure 7B (phase 1), au cours de laquelle les moyens 31 d'activation de la chambre 12.1 sont activés, correspond à celle qui est représentée en figure 7A, le fluide entrant alors par le canal 14.
S'ensuivent ensuite les phases, respectivement des figures 7C - 7G :
- activation des moyens 31 d'activation des chambres 12.1 et
12.2 (figure 7C, phase 2); le fluide entre alors par le canal 14 et circule de la première chambre 12.1 vers la deuxième chambre 12.2 ;
- activation des moyens 31 d'activation de la chambre 12.2 (figure 7D, phase 3); une partie minime du fluide est refoulé par le canal 14 ; Cette étape permet de former le volume de fluide à délivrer au cours d'un cycle de pompage ;
- activation des moyens 31 d'activation des chambres 12.2 et
12.3 (figure 7E, phase 4); une partie minime de fluide est aspirée du canal 15 ;
- activation des moyens 31 d'activation de la chambre 12.3 (figure 7F, phase 5); Le volume de fluide à délivrer est refoulé dans le canal 15 ;
- désactivation de tous les moyens 31 d'activation des chambres 12.1 - 12.3 (figure 7G, phase 6) ; le fluide continue à être encore refoulé par le canal 14. Cela achève le refoulement du fluide dans le canal 15.
Ainsi, le fonctionnement de cette pompe est cyclique, une quantité déterminée de fluide étant délivrée (pompée) au cours de chaque cycle.
Les pompes péristaltiques présentent généralement un tel fonctionnement cyclique.
Dans une pompe telle que décrite ci-dessus, la pression peut être mesurée en sortie de la pompe, c'est-à-dire que le capteur 6 de pression se situe en aval de la vanne 12.3. Ajoutons que, dans la pompe qui a été décrite ci-dessus, en liaison avec la figure 3, le capteur permet de mesurer les pressions dans les chambres. Dès lors que la vanne de sortie est ouverte et que la vanne d'entrée est fermée, il permet de mesurer la pression dans le cathéter.
Lorsque la troisième vanne 24.3 est fermée (c'est le cas lors des phases 1-2-3 et 6 qui correspondent, respectivement, aux figures 7A, 7B, 7C et 7G ci-dessus), la pression mesurée est celle dans le cathéter. En l'absence de reflux, la pression évolue peu car la vanne est fermée. Par contre, en présence d'un reflux, cette pression diminue lors de ces phases.
Lors des phases 4 et 5 (qui correspondent aux figures 7E et 7F ci-dessus), la vanne 12.3 est ouverte, la pression mesurée augmente brusquement du fait de l'injection du volume dans le cathéter.
L'augmentation de la pression est généralement plus marquée en l'absence de reflux.
Ainsi, d'une façon générale, un cycle de pompage comporte :
- une première phase, dite phase de repos durant laquelle la pompe ne délivre pas de liquide dans le cathéter : durant cette phase, la pression dans le cathéter est stable en l'absence de reflux, et peut diminuer en présence d'un reflux. En effet, durant cette phase, en l'absence de reflux, il n'y a pas d'écoulement de fluide dans le cathéter. La présence d'un reflux correspond à une fuite, ce qui peut se traduire par une décroissance de la pression ;
- une deuxième phase, durant laquelle la pompe injecte le liquide dans le cathéter, ce qui induit un saut de pression dans le cathéter. La présence d'un reflux peut se traduire par un amoindrissement de ce saut de pression, par rapport à au saut de pression en l'absence de reflux.
Ainsi, on comprend qu'en mesurant une pression à des instants différents au cours d'un cycle, on peut établir un indicateur, dit indicateur de reflux, à partir duquel on peut conclure à la présence ou à l'absence d'un reflux. De préférence, on établit un indicateur relatif à chaque cycle. Dans cet exemple, cet indicateur est une comparaison de la pression mesurée entre deux instants d'un même cycle. On va alors montrer que la présence d'un reflux diminue la variation de pression entre la fin de la période dite de repos et le début de la période de pompage.
Le cycle de pompage s'observe sur les courbes de mesure du capteur de pression, telles que celles des figures 8A - 8C, sur lesquelles les différentes phases 1 - 6 des premiers cycles sont identifiées. On a également représenté l'évolution de la pression (en unité arbitraire) mesurée au cours de la succession de plusieurs cycles. Comme décrit précédemment, cette pression évolue sensiblement par paliers croissants.
On voit bien, sur la courbe de la figure 8A, que, juste après le début de la phase 5, le liquide est injecté par la pompe 4, ce qui se traduit par une augmentation de la pression mesurée par le capteur 6. Au début de la phase 6, le capteur mesure à nouveau la pression extérieure à la pompe, c'est-à-dire dans le cathéter :
- s'il n'y pas de reflux, la pression, en début de phase 6, est légèrement supérieure à celle en début de phase 5. Le tissu cible absorbe donc bien le liquide injecté.
Ce cas est illustré en figure 8B,
- en cas de reflux, le liquide s'échappe du tissu et la pression en début de phase 6 est la même, voire inférieure, à celle en début de phase 5. Ce cas est illustré en figure 8C.
On peut donc introduire, pour l'exemple considéré, les variables suivantes :
• P6 : la pression mesurée pendant une durée de, par exemple, 1 seconde après le début de la phase 6,
• P5 : la pression mesurée pendant une durée de, par exemple, 1 seconde après le début de la phase 5.
On propose donc d'utiliser l'indicateur suivant pour évaluer la présence de reflux :
J = P6 - Ps
On a représenté l'évolution de ce paramètre sur les figures 9A et 9B (J étant mesuré une fois par cycle de fonctionnement de la pompe) : - la figure 9A correspond au cas où il n'y a pas de reflux, les valeurs de J oscillent autour de 0.5 (échelle de droite) ; l'autre courbe représente l'évolution de la pression en fonction du temps,
- la figure 9B correspond au cas où il y a reflux, on observe alors une chute de la valeur de l'indicateur J qui peut être proche de 0 ou même négatif (échelle de droite). On comprend alors qu'en fixant un seuil Jth shoid inférieur à 0.5, par exemple compris entre 0 et 0.2 (0<Jthreshoid<0,5), on peut conclure à la présence d'un reflux lorsque
J≤ Jthreshold-
Plus généralement, la mesure de la pression au cours des différentes phases de fonctionnement d'une pompe, notamment une pompe cyclique et en particulier une pompe péristaltique, permet de former un indicateur J, à partir de différentes mesures de pression, généralement au cours d'un même cycle, cet indicateur étant représentatif d'une situation de reflux. Cet indicateur peut être, comme dans l'exemple donné ci-dessus, la différence entre les pressions mesurées au cours des deux dernières phases du cycle de la pompe, ou, plus généralement, une différence entre les pressions mesurées au cours de deux phases différentes du cycle de la pompe. La comparaison de cet indicateur J avec un indicateur seuil Jth shoid prédéterminé peut alors permettre de conclure à la présence ou l'absence de reflux. On peut alors établir un indicateur correspondant à chaque cycle d'une série de cycles.
Les moyens 44, 46 de traitement des données peuvent, à partir des données fournies par la pompe 6, calculer le ou les paramètres en question, par exemple le paramètre J tel qu'indiqué ci-dessus. Ils peuvent également réaliser une comparaison de ce critère J ou de ce, ou de ces, paramètres à l'aide d'une valeur seuil Jth shoid, pour, éventuellement, déclencher un arrêt de la pompe 4 ou un inversement de son fonctionnement. Enfin, les valeurs du paramètre retenu peuvent être présentées à un opérateur par les moyens de visualisation 47. Une situation de reflux peut également être signalée à celui-ci, par un signal visuel et/ou auditif ce que, là encore, les moyens 44,46 peuvent réaliser.
Dans une variante du système on emploie une micro-pompe comportant des vannes passives, c'est-à-dire des vannes non activables par un effecteur extérieur. De telles vannes s'ouvrent et se referment sous l'effet de la pression dans la pompe, le pompage étant réalisé par une vanne activée, par exemple par un moyen piézoélectrique. L'avantage en est une simplification de la technologie du système et donc du coût, mais c'est au détriment des performances (en termes de sécurité notamment). Il est alors en effet impossible de réduire la pression dans le circuit fluidique de la pompe, seul l'arrêt rapide de l'injection serait possible. De plus, ce type de vanne ne permet pas de fonctionner selon un mode réversible.
L'indicateur de reflux J peut être déterminé simplement, par exemple en comparant deux valeurs mesurées à deux instants différents, comme explicité ci-dessus. Mais, d'une façon générale, des indicateurs plus complexes peuvent être envisagés, à partir des valeurs de pression à différents instants.
L'invention peut être mise en œuvre dans le cadre de toute application nécessitant l'injection localisée, à l'aide d'un cathéter, d'un liquide, par exemple un liquide thérapeutique anti-tumoral, notamment dans un organe de structure peu compacte (par exemple analogue au cerveau).
Ainsi, on peut réaliser une insertion d'un cathéter dans un tissu 11 d'un patient (ou, plus généralement, d'un mammifère vivant), comme illustré sur chacune des figures 2A - 2C, ce cathéter ayant été, ou étant ensuite, relié à un ensemble comportant une pompe 4 et un capteur 6 tel que décrit ci-dessus, le tout pouvant être ensuite relié à un réservoir 2 d'un liquide à injecter dans le tissu 11. Ces étapes sont précédées d'une étape chirurgicale pour introduire le cathéter dans le tissu.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'injection et de contrôle d'un flux de liquide à injecter, comportant :
- Un cathéter (8), comportant un conduit, pour délivrer un fluide à injecter,
- Une pompe péristaltique (4), ladite pompe fonctionnant par cycle, de telle sorte qu'un volume élémentaire de fluide est délivré au cours de chaque cycle,
- Un capteur de pression (6), pour mesurer la pression de liquide dans ledit conduit,
- Des moyens de contrôle (44) pour recevoir des données du capteur de pression (6), et pour générer un indicateur, relatif à un cycle, en fonction d'au moins deux mesures de ladite pression à des instants différents d'un même cycle,
- Les moyens de contrôle étant apte à commander la pompe en fonction de la valeur de cet indicateur.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel le capteur de pression est disposé entre ladite pompe et l'extrémité dudit conduit, par laquelle est délivré le fluide.
3. Système selon la revendication 1 ou 2 , dans lequel les moyens de contrôle (44) sont aptes à générer un indicateur en fonction de la comparaison de la pression mesurée à deux instants d'un même cycle.
4. Système selon la revendication 1 à 3, dans lequel les moyens de contrôle (44) sont aptes à générer un indicateur en fonction de la différence entre les pressions mesurées à deux instants d'un même cycle.
5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de contrôle (44) sont aptes à générer un indicateur pour chaque cycle d'une série de cycles.
6. Système selon l'une des revendications précédentes, comportant des moyens (44) pour arrêter ou inverser le fonctionnement de la pompe en fonction des données mesurées par le capteur de pression.
7. Système selon l'une des revendications précédentes, la pompe étant une micro-pompe péristaltique.
8. Système selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre des moyens de contrôle du débit, pour augmenter ou réduire le débit de la pompe Q. en fonction de la valeur de l'indicateur.
9. Procédé d'injection et de contrôle d'un flux de liquide à injecter comportant :
- l'injection du liquide par une pompe péristaltique (4) et un cathéter (8) comportant un conduit, ladite pompe péristaltique (4) fonctionnant par cycle, de telle sorte qu'un volume élémentaire de fluide est délivré au cours de chaque cycle
- la mesure de la pression de liquide dans ledit conduit à l'aide d'un capteur de pression (6)
- le calcul d'un indicateur, relatif à un cycle, en fonction d'au moins deux mesures de ladite pression à des instants différents d'un même cycle,
- le contrôle de la pompe (4) en fonction dudit indicateur
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la mesure de la pression est réalisée entre la pompe et une extrémité dudit conduit, par laquelle ledit fluide est délivré
11. Procédé d'injection selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l'indicateur est déterminé en fonction de la comparaison de la pression mesurée à deux instants d'un même cycle
12. Procédé d'injection selon la revendication 9 à 11, dans lequel l'indicateur est déterminé en fonction de la différence entre les pressions mesurées à deux instants d'un même cycle.
13. Procédé d'injection selon la revendication 9 à 12, dans lequel l'indicateur est déterminé pour chaque cycle d'une série de cycles.
14. Procédé selon l'une des revendications 9 à 13, dans lequel on inverse le sens de fonctionnement de la pompe lors de la détection d'un reflux du liquide injecté.
15. Procédé selon l'une des revendications 9 à 14, la pompe étant une micro-pompe péristaltique ou une micro-pompe à vannes passives.
16. Procédé selon l'une des revendications 9 à 15, dans lequel le liquide est un liquide médical, par exemple un liquide antitumoral.
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