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La présente demande est une division de la demande princi-
pale No 180.739 déposee le 11 septembre 1973, et concerne une pompe
péristaltique rotative sans stator, a double corps et à moteur uni-
que, utilisable notamment dans un circuit sanguin extracorporel,
par exemple dans un dispositif oxygénateur de sang.
~ n connait d~jà des pompes de ce type notamment par les
brevets US 3.172.367 du 9 mars 1965 (Nelson G. Kling) et US
3.502.034 du 24 mars 1970 (Robert E. Pickup). Les pompes décrites
dans ces brevets sont des pompes doseuses, donc de type volumétrique.
Les pompes péristaltiques ne conviennent pas, en general,
pour les circuits sanguins extracorporels car ce caractère volume-
trique est associé notamment a une puissance d'aspiration dange-
reuse pour le patient. C'est pourquoi on a dû mettre au point des
pompes péristaltiques autorégulatrices, à débit et pression d'aspi-
ration limités, qui sont décrites notamment dans le brevet fran-
çais No. 2.063.677 du 9 juillet 1971.
Dans certains circuits sanguins extracorporels, comme il
sera exposé plus loin, il est nécessaire de maintenir la pression
du sang à une valeur bien déterminée a l'intérieur d'un appareil
de traitement du sang tel qu'un oxygénateur.
Dans ce but, on peut disposer une premiere pompe entre
un cathéter de prélevement et l'entrée de l'appareil et une seconde
pompe entre la sortie de l'appareil et le dispositif de réinjection.
Les brevets US 2.927.582 du 8 mars 1960 (John W. Berkman et al.) et
3.017.885 du23janvier1962 (Francis Robicskek) décriventde telsensem-
bles, dans lesquels les débits des pompes sont commandés par des
dispositifs complexes, généralement fragiles et d'un emploi délicat.
La présente invention a pour objet un ensemble de pompa-
ge compact, simple, robuste et sûr.
Spécifiquement, elle a pour objet une pompe péristaltique
rotative sans stator, à double corps et axe d'entrainement unique,
chaque corps de pompe étant constitué par un tube souple, replié
sous tension autour de son rotor et dont le canal présente une sec-
tion droite variable régulierement par flexion de la paroi entre
. .
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~on minimum et son maximum dans un intervalle de pressio~ internes
prédeterminees. La pompe p~rist~ltique selon l'invention est ca-
ractérisée en ce que, pour une pression interne sensiblement é~ale
`à la pression atmospherique, la section droite du premier corps
est sensiblement à son maximum et la section droite du second corps
est sensiblement à son minimum.
La vitesse du moteur peut etre fixe ou réglable Pour
que la pression moyenne du sang, entre deux corps de pompe, reste
dans un intervalle predetermine, il est necessaire que la capacite
de débit maximum du second corps de pompe soit supérieure à celle
du premier. Pour obtenir cette propriete, on peut utiliser pour
le second corps de pompe un rotor dont les galets decrivent un
cercle de plus grand diamètre que celui du premier corps de pompe,
les deux corps de pompe ayant des périmètres internes sensiblement
égaux. On peut également utiliser des rotors identiques ou un
rotor unique commun aux deux corps de pompes et, dans ce cas, on
choisir un second corps de pompe dont la section droite présente
un périmètre intérieur supérieur à celui du premier corps de pompe.
Naturellement, on peut combiner ces deux dispositions.
Il est également nécessaire que la capacité de débit
minimum utile du second corps de pompe soit inférieure a celle du
premier. Pour obtenir cette propriété, on peut donner au second
corps de pompe une paroi plus souple ~genéralement plus mince) que
celle du premier corps de pompe. On peut donner au canal du second
corps de pompe une section droite à surface plus petite que celle
du premier, et utiliser par exemple un tube déjà sensiblement aplati
en l'absence de contrainte pour le second corps de pompe et unltube
section circulaire pour le premier. On peut également combiner
forme plate et paroi plus souple, pour le second corps de pompe.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide des
figures ci-jointes qui représentent d'une part, schématiquement,
sans échelle déterminée un exemple d'emploi de la pompe selon l'in-
l~a32~z
vention et, d~autre part ! les courbes caractéristiques de la pom-
pe utilis~e.
La figure 1 repr~sente la vue sch~matique d ! un circuit
extracorporel comprenant une pompe selon l'invention.
La figure 2 represente la courbe caractéristique ~bit/
pression d'un corps de pompe utilisable dans la pompe selon l'in-
vention.
La figure 3 représente l'ensemble des courbes caractéris-
tiques débit/pression des deux corps de pompes.
En se r~férant à la figure 1, on voit un circuit extra-
corporel de sang qui relie un oxygénateur de sang (1) d'un type
connu en soi, comportant au moins une membrane (2), au système
veino-artériel d'un patient.
Une canule (3) est introduite dans la veine cave infé-
rieure en passant par la veine fémorale sectionnée à cet effet. La
canule comporte vers son extr~mit~ un renflement non occlusif,
constitué par trois branches élastiques radiales (5) qui s'appuient
sur les parois veineuses et les maintiennent localement écartées,
ce qui dégage l'orifice de la canule.
La canule (3) est reliée à l'entrée de l'oxygénateur (1)
par un conduit souple (7) en élastomère silicone, sur lequel est
intercalé le premier corps de pompe ~6).
Un conduit souple (11), ~galement en élastomère silicone,
relie la sortie de l'oxygénateur de sang (1) à une canule reli~e
une prothèse évasée (8) suturée sur l'artère fémorale (9). Sur
ce conduit ~11) est disposé le deuxième corps de pompe, (10). Les
corps de pompe (6) et (10) sont associ~s à des rotors entrainéls
par un moteur (12) au moyen d'un axe commun (repr~senté en pointil-
lé).
Une pompe péristaltique auxiliaire (13), reliée au con-
duit (7) en amond de (6), permet de drainer le bout periph~rique
de la veine (4), d'introduire des quantités compl~mentaires de
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sang dans le circuit extracorporel a partir d'une source de sang
(16) pour compenser des pertes de sang éventuelles et d'introduire
éventuellement des liquides médicamenteux tels que l'h~parine.
Le circuit représenté etant du type veino-arteriel, il
est nécessaire de contrôler trois pressions differentes: la pres~
sion sanguine à l'entree du corps de pompe ~6), 1a pression dans
lloxygénateur et la pression artérielle du patient, pour les main-
tenir aux valeurs souhaitées.
Un manomètre (17) est placé sur le conduit (7), immédia-
tement à l'entrée de (6). Comme on le verra par la suite, la
connaissance de la pression du sang à l'entrée du corps de pompe
(6) permet de connaitre son débit.
Un manomètre (14) permet de controler la pression san-
guine dans l'oxygénateur. En outre, un dispositif (21) de prise
de la pression artérielle du patient permet de maintenir celle-ci
au niveau désiré en agissant au besoin, soit sur le volume sanguin
à l'aide du flacon (16) et de la pompe ~13), soit sur les résis-
tances vasculaires du patient.
Le sang doit etre injecté au patient à une température
voisine de 37 C. Dans ce but, on peut adjoindre au conduit (11)
des moyens de réchauffage tels qu'une r~sistance électrique ~18)
noyée dans sa paroi.
Des capteurs de temp~rature (19) et ~20) de types connus
en soi sont plac~s respectivement en aval et au niveau de l'élé-
ment chauffant (18). Le capteur ~19) permet de contrôler ~et
éventuellement de réguler) le réchauffage du sang. Le capteur
(20) permet d'éviter les surchauffes locales du sang qui pourraient
survenir lors d'une diminution ou d'un arrêt momentané de d~bit
sanguin.
Ce circuit fonctionne sch~matiquement de la manière
suivante: le sang veineux s'écoule depuis la veine cave inférieure,
où il est à une pression voisine de la pression atmosphérique, par
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une canule (3)et le conduit (7) jusqu'au premier corps de pompe
(6) Celui-ci entraîne le sang dans l'oxygenateur (1) a une pres-
sion suffisante pour vaincre les pertes de charge de llappareil.
Les comp~rtiments de l'oxygenateur r~serv~s au sang sont maintenus
pleins et les fims de sang d'épaisseur sensiblement constante, la
pression sanguine étant maintenue par le second corps de pompe
dans un intervalle prédéterminé indiqué par le manomètre (14). Le
sang oxygéné est repris a la sortie de l'oxygénateur par le deu-
xième corps de pompe (10) qui l'amene a une pression permettant
son injection dans le systeme artériel du patient à travers la
prothèse (8), apres un réchauffement convenable dans le conduit
(ll). !
Le sang qui circule successivement dans les deux corps
de pompe est fourni par les veines du patient: le débit moyen de
la pompe doit pouvoir varier de maniere à empêcher toute augmenta-
tion de la pression veineuse qui pourrait provoquer des troubles
pour le patient (et notamment l'oedème aigu du poumon); pour évi-
ter ces troubles, il convient alors d'augmenter le débit des corps
de pompes (6) et (10). Au contraire, ce débit doit diminuer si la
pression veineuse devient trop faible, afin d'éviter le collapsus
des cavit~s veineuses.
La pompe selon l'invention permet d'obtenir ce résultat.
En effet, a vitesse constante, le débit de chacun des corps de
pOmpe est fonction de la pression du sang a l'entrée, ce qui appa-
rait clairement sur la courbe caract~ristique d~bit/pression d'as-
piration d'un corps de pompe, représentée figure 2.
On voit que, pour une pression de fonctionnement P a
l'entrée du tube constituant le corps de la pompe, comprise entrè
deux valeurs limites, P et PM, la pompe fournit un débit QA com-
0 pris entre deux valeurs limites, Q et Q ; le debit Q étant, dansm M A
cet intervalle, sensiblement proportionnel a la pression a l'en-
A
. _ 5 _
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Dans la suite de la description, on désignera par P et
m
P respectivement la pression minimum utile et la pression maximum
utile fi l'entrée du corps de pompe, De meme, Q et QM seront res-
pectivement les débits minimum utile et maximum utile correspon-
dants.
Le debit minimum utile Q est obtenu lorsque la pression
m
l'entrée est assez faible pour que le tube se collabe, ses parois
opposées venant s'appliquer l'une contre l'autre; la section du
tube prend la forme d'une haltère. Au delà, la section du tube
s'aplatit davantage, mais sous l'effet de pressions d'aspiration
à l'entrée du corps de pompe beaucoup plus faibles, ce qui corres-
pond a un rapide changement de pente de;la courbe.
Le débit maximum utile QM estlobtenu lorsque la pression
à l'entrée du corps de pompe est assez forte pour que le tube pren-
ne une section droite circulaire. Au delà, le tube ne peut que
se dilater, ce qui nécessite des pressions considérablement plus
élevées et correspond également à un rapide changement de pente de
la courbe.
Dans le circuit extracorporel de sang représenté figure
1, ie débit du corps de pompe 16) varie, pour un niveau donné de
(6) par rapport au point de pr~lèvement ~3), selon la pression
veineuse. Comme la pression veinéuse au niveau de ~3) est voisine
de la pression atmosphérique, et comme la pression du sang à
l'entr8e du corps de pompe ~6) en diff~re par la perte de charge
du conduit intermédiaire ~7), compensée en partie par la différen-
ce de niveau entre la canule ~3) et le corps de pompe ~6), elle est
g8n8ralement inférieure a la pression atmospherique. Aussi choisit-
on un corps de pompe (6) dont la courbe caractéristi~ue d6bit/
pression s'étend dans une zone de pressions de pr~férence infé-
rieures a la pression atmosphérique. Sur la figure 3 est portéela courbe caractéristique du corps de pompe (6). La zone utile de
la courbe est comprise entre le points B et B , les pressions
m M
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. . .
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utiles extrêmes correspondantes P et P sont par exemple dans
m6 J~16
ce cas toutes deux in~rieures à la pression atmospherique (point
0, d'abscisse nulle). Le débit est proportionnel à la pression et
à la vitesse de rotation du rotor associe au corps de la pompe (6).
Il est avantageux $ue la pression maximum utile PM6 soit
faiblement inférieure à la pression atmosphérique, généralement
moins de 20 mm de mercure et de préf~rence moins de l0 mm de mer-
cure au dessous de la pression atmosph~rique. On réalise cette
condition avec un corps de pompe formé d'un tube à parois minces
qui présente au repos une section droite circulaire; cette section
utile est maximum et permet un débit maximum utile ~-M6. Pour une
pression du sang P6 à l'entrée du corps de pompe (6) comprise entre
P 6 et PM6 et inférieure à la pression atmosphérique, le tube a
une section droite sensiblement elliptique, de surface inférieure à
celle de la section droite circulaire de même périmètre, corres-
pondant à un débit Q6. Lorsque la pression P6 devient ~gale à
la pression minimum utile P 6~ le tube s'aplatit encore et sa sec-
tion droite devient presque nulle: le débit se réduit au débit
minimum utile Qm6.
Le second corps de pompe ~l0), étant monté en série avec
le premier corps de pompe ~6), fournit rigoureusement le m8me d~bit
moyen. ~e d~bit de (l0) est donc imposé par celui de ~6), lui-
même dépendant de la pression veineuse.
La pompe ~6, 12, 10) est généralement disposée sensible-
ment aù même niveau que l'oxygénateur. L'ensemble constitué par
la pompe et l'oxygénateur est en g~néral placé en dessous du pa-
tient, à un niveau réglable, pour compenser en partie les pertes
de charge en amont de (6) et ainsi ajuster le débit sanguin à la
valeur moyenne désirée.
Il est nécessaire de maintenir la pression du sang dans
l'oxygénateur dans un intervalle de pressions prédéterminé poùr
permettre au film de sang de conserver une épaisseur sensiblement
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constante au contact des membranes et un gradient de pression
contrôl~ a travers l'~paisseur des membranes.
Ainsi pour un oxyg~nateur de sang constitu~ par un em- -
pilement alterné de membranes et d'intercalaires, on peut choisir
de maintenir dans cet oxygenateur la pression relative du sang,
mesur~e a l'aide du manometre (14), dans un intervalle pr~d~termine,
par exemple compris entre O et 200 mm de mercure au dessus de la
pression atmosphérique.
En effet, si on maintient dans cet oxygénateur la pres-
sion de l'oxygène au dessous de la pression atmosphérique, la dif-
férence de pression entre le sang et l'oxygene reste toujours po-
sitive, ce qui permet l'utilisation de membranes microporeuses
débit gazeux élevé. Les membranes décrites dans le brevet fran-
çais 1.568.130 conviennent particulierement bien dans ce but. De
plus, le maintien de cette différence de pression permet d'~viter
que les membranes se collent l'une a l'autre par accident, collage
difficilement réversible.
Si au contraire la pression du sang est trop supérieure
~ celle de l'oxygene, par exemple de l'ordre de 800 mm de mercure,
le sang risque de rompre la membrane ou de vaincre son hydrophobie
et de la traverser.
La pression du sang dans l'oxyg~nateur peut ~tre mainte-
nue dans un intervalle choisi à l'aide d'un corps de pompe ~10)
dont la courbe caractéristique débit/pression s'étend dans une
zone de pressions essentiellement sup~rieures ~ la pression atmos-
phérique. Sur la figure 3 est portée la courbe caract8ristique
d'un corps de pompe (10). La zone utile de la courbe est comprise
entre les points C et CM, les pressions extrêmes utiles corres-
pondantes P et P sont par exemple dans ce cas toutes deuxmlO M10
supérieures à la pression atmosphérique.
Il est avantageux que la pression minimum utile P 10
soit égale ou faiblement sup8rieure a la pression atmosphérique,
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g~n~ralement moins de 20 mm cle mercure et de préférence moins de
10 mm au-dessus ~e la pression atmosph~rique. On réalise cette
condition avec un corps de pompe constitu~ par un tube qui pre-
sente au repos une section droite aplatie: cette section droite
est quasi-minimum et permet un d~bit utile minimum Q 10- Le tube
(10) est a parois assez minces pour que le débit maximum utile
QM10 soit atteint pour une pression maximum utile PMlo, genérale-
ment inférieure à 200 mm de mercure au dessus de la pression at-
mosph~rique et de préf~rence de l'ordre de 50 mm de mercure.
Ainsi, pour tout débit impos~ par le corps de pompe (6), le corps
de pompe (10) aura une section plus ou moins aplatie, correspon-
dant a des pressions, à la sortie de l'oxygenateur, comprises en-
tre 0 et par exemple 50 mm de mercure au dessus de la pression at-
mosphérique. La pression maximum à l'entrée de l'oxygénateur
dépenddes pertes de charge dans ce dernier, généralement inférieu-
res à 100 mm de mercure pour de débits de sang de l'ordre de
600 millilitres/minute dans un oxygénateur de surface 0,5 m2.
L'exemple ci-après illustre une pompe selon l'invention
et les modalités de son utilisation.
EXEMPLE
Une pompe à double corps comprend un moteur (12), à
vitesse r~glable entre 0 et 40 tours/mn, qu'entraine un arbre sur
lequel sont montés deux rotors. Ces rotors portent chacun trois
galets dont la périphérie décrit un cercle de diamètre 190 mm.
Sur le premier rotor le premier corps de pompe (6) est constitué
d'un tube en élastomère silicone, de diam8tre extérieur 20 mm,
diam8tre intérieur 15,8 mm, section droite circulaire. Sur le
second rotor le second corps de pompe (10) est constitu~ d'un tube
à section droite elliptique en l'absence de toute contrainte,
grand axe intérieur 24 mm, petit axe intérieur 4mm, dont le péri-
mètre correspond à celui d'un tube à section droite circulaire de
~amètre intérieur 16,8 mm et de diam~tre ext~rieur 20 mm.
_ g _
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Cette pompe est branchce comme decrit sur la figure 1,
l'oxyg~nateur (1) ayant une surface de membrane égale à 3m2. On
règle le d~bit de sang a une valeur moyenne de 2 litres/minute,
la pxession du sang dans l'oxygenateur étant maintenue par la
pompe elle-même dans un intervalle de 50 a 150 mm de mercure.
Ce dispositif permet d'obtenir des transferts moyens de 130 ml/mn
pour l'oxygène et de 150 ml/mn pour le gaz carbonique. Après 52
heures de suppléance cardiopulmonaire subtotale sur un adulte, on
n'observe qu'un taux d'hémolyse inférieur à 0,5%.
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