WO2010031974A1 - Dispositif d'injection avec micropompe electrique a helice - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a miniaturized device for medical use for the injection or removal of a substance, comprising a tank connected to a needle via an electric micropump.
  • the object of the invention is to provide an electric micropump arrangement which is compact and simple.
  • the invention relates to a miniaturized device for medical use for the injection or the removal of a substance, comprising a reservoir connected to a needle via an electric micropump, characterized in that the micropump comprises a stator and a central rotor of an electric motor with permanent magnets, the central rotor being coaxially traversed by an endless propeller surrounded by a tube having a first end coaxially connected to a percussion cone intended to penetrate the reservoir and a second end coaxially connected to the needle.
  • This arrangement contributes to an optimization of the fluidic operation of the micropump while minimizing the bulk of the injection or sampling device.
  • the injection or sampling device may also have the following particularities: the tube is surrounded coaxially by an annular disc carrying the magnets of the rotor, this annular disk being disposed between two stator bearings;
  • said motor is a stepping motor
  • one or more sensors are provided for detecting the presence of a fluid in said tube.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a medical device for injection or sampling with a micropump according to the invention.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic sectional view of the micropump of FIG.
  • FIG. 1 shows a miniaturized device 1 for medical use according to the invention intended for injecting a fluid substance into an individual, for example a medicament, or a sample of a fluid substance from an individual, for example a blood sample.
  • the device comprises a reservoir 2 for fluid connected to a needle 3 via an electric micropump 4.
  • the micropump 4 comprises in a housing 5 a motor 8 adapted to drive a helix 9 or worm in rotation about an axis 10.
  • the motor 8 comprises a stator 11 having a cylindrical opening 12 centered on the axis 10 and a central rotor 13 mounted on a tube 14 centered on the axis 10 and integral in rotation with the propeller 9, the tube 14 being inserted into the cylindrical opening 12.
  • the tube 14 has a first end 16 coaxially connected to a percussion cone 15 intended to penetrate the reservoir 2 by piercing it and a second end 17 coaxially connected to the needle 3 so as to form a sealed passage for the fluid between the tank 2 and the needle 3 via the propeller 9.
  • the percussion cone 15 and the needle 3 are aligned with the axis 10.
  • a cap 18 to be pierced by the percussion cone 15 so as to allow the passage of fluid between the reservoir 2 and the percussion cone 15 is inserted on the reservoir 2 while being also aligned axially with the axis 10.
  • the alignment of the needle 3, the percussion cone 15 and the cap 18 with the axis 10 of the helix 9 makes it possible to optimize the operation, in particular fluidic operation, of the micropump 4 and to minimize the bulk of the device 1.
  • This axial alignment configuration makes it possible, particularly in the case of an injection, for the fluid to enter the micropump 4 by gravity and serve as a primer to operate the micropump 4, which then causes the fluid to the needle 3 to perform the injection.
  • the stator 11 of the motor 8 here comprises two pairs of diametrically opposed coils or electromagnets 19, 20 around the axis 10, the coils 19, 20 of each pair of coils forming a jaw into which permanent magnets 21 of the rotor 13.
  • the rotor 13 of the motor 8 is in the form of an annular disc 22 centered on the axis 10 and substantially perpendicular to the axis 10, the magnets 21 of the rotor 13 being disposed here in ring on the outer periphery 23 the annular disk 22 and the inner periphery 24 of the annular disc 22 surrounding the tube 14.
  • the motor 8 may advantageously be a stepping motor that allows a certain volume of fluid to be pumped with great precision and at a constant pressure and speed. Since the injection or substance sampling rate is thus determined by the engine 8, a controlled injection or sampling of a fluid can be carried out with a precise metering of the amount of fluid pumped.
  • the medical device 1 further comprises an electric battery 25 connected to a control 26 including one or more electronic cards and which allows in particular to power and control the motor 8, the control 26 can in particular vary the speed of the motor 8 and therefore the flow rate of the pump 1 and the pressure.
  • the electric battery can advantageously be a biopile or a solar cell.
  • the micropump 4 in the housing 5 the battery 25 and the control 26 are mounted in an enclosure 27, here formed of two complementary cylindrical enclosures 28,29 which can be interlocked, one in each case. the other in a simple and removable manner, for example by clipping on one another, so as to achieve a sealed enclosure 27.
  • the reservoir 2 is here mounted on the enclosure 27 by means of a plurality of studs 30 and elastic elements 31 which make it possible to keep the reservoir 2 at a distance from the micropump 4 before the medical device 1 is used.
  • operculum 18 being intact, then to move the reservoir 2 towards the micropump 4 so that the percussion cone 15 pierces the cap 18 and allows a sample or an injection.
  • the medical device 1 is compact and measures approximately 3 cm in diameter so as to accommodate the micropump 4 which can measure between 0.5 and 2 cm in height depending on the application, that is to say according to the type of fluid and the volume to be injected or withdrawn, as well as the necessary operating time.
  • the motor 8 of the micropump 4 can be made by micromechanical technology (or "MEMS") in materials such as glass, plastics or composite materials.
  • the housing 5 may be made of plastic so as to be fluid tight.
  • FIG. 2 shows in more detail the micropump 4 which furthermore comprises two flywheel-shaped bearings 34, 35 able to pass said fluid and extending into the cylindrical opening 12 at its opposite axial ends. 36,37, and two respective shaft portions 38,39 of the helix 9 carried by the coaxial tube 14 at its opposite axial ends 16,17 through one or more spokes (not shown) , the bearings 34,35 being intended respectively to guide in rotation the shaft portions 38,39.
  • the housing 5 is here in two upper and lower portions that are complementary to each other in a simple and removable manner, for example by clipping on one another, so as to achieve a waterproof case.
  • the bearings 34, 35 are respectively formed on each part 6, 7 of the housing 5, here on two respective external cylindrical recesses 32, 33 of each portion 6, 7 of the housing 5.
  • the stator 11 is fixed on an upper part 6 of the housing 5, here at the periphery of the housing 5, the housing 5 being dimensioned such that, when the two parts 6,7 of the housing 5 with the stator 11 and the rotor 13 are assembled to close the housing 5 around the 9 in the tube 14, the shaft portions 29,30 of the propeller 9 are engaged in the bearings 34,35 respective.
  • the micropump 4 makes it possible in particular to use a motor 8 available commercially by integrating a propeller 9 into the axis 10 of rotation of this motor 8.
  • one or more sensors 40, 41 capable of detecting the presence of the fluid in the helix 9 can be arranged along the tube 14 while being spaced axially so as to detect the filling of the tube 14. by the fluid, here a first sensor 40 detects the presence of fluid entering the helix 9, that is to say towards the percussion cone 15, and a second sensor 41 detects the fluid present at the outlet of the propeller 9, that is to say towards the needle 3.
  • the sensors 40,41 are connected to the control 26 which actuates the motor 8 of the pump 1 only when the tube 14 is full, and stops it immediately when the tube 14 is empty so as to allow injection of a substance without the risk of injecting air bubbles.
  • the tube 14 and the rotor 13 are respectively provided with complementary parts of a blocking means 42 which block the tube 14 (and therefore the propeller 9) in axial translation relative to the rotor 13.
  • a first portion of the locking means 42 may consist of a peripheral groove 43 hollowed in the outer wall of the tube 14 in which the annular disc 22 of the rotor 13 easily snaps.
  • Another part of the blocking means 42 may be a washer 44 concentric with the tube 14 fixed on the outer periphery of the tube 14 and intended to block the tube 14 with respect to the rotor 13 in a first direction along the axis indicated by the arrow A in FIG. 1.
  • Still another part of the locking means 42 may be an open ring 45 of diameter substantially equal to the diameter of the tube 14 and intended to block the tube 14 with respect to the rotor 13 in a second direction in the axis 10 opposite the first direction, indicated by the arrow B in Figure 1.
  • the locking means 42 thus allows easy assembly of the propeller 9 with the tube 14 in the rotor 13, the shaft portions 29,30 vena It should be housed in the respective bearings 34,35.

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Abstract

Un dispositif miniaturisé à usage médical pour l'injection ou le prélèvement d'une substance comprend un réservoir (2) raccordé à une aiguille (3) par l'intermédiaire d'une micropompe électrique (4). La micropompe (4) comprend un stator (11) et un rotor (13) central d'un moteur (8) électrique à aimants permanents (21), le rotor (13) central étant traversé coaxialement par une hélice (9) sans fin entourée par un tube (14) ayant une première extrémité (16) raccordée coaxialement à un cône de percussion (15) destiné à pénétrer dans le réservoir (2) et une seconde extrémité (17) raccordée coaxialement à l'aiguille (3).

Description

Dispositif d'injection avec micropompe électrique à hélice
L'invention concerne un dispositif miniaturisé à usage médical pour l'injection ou le prélèvement d'une substance, comprenant un réservoir raccordé à une aiguille par l'intermédiaire d'une micropompe électrique.
Un tel dispositif est déjà connu des documents de brevet FR-2909001 et FR-2912919.
Le but de l'invention est de proposer un agencement de micropompe électrique qui soit compacte et simple. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif miniaturisé à usage médical pour l'injection ou le prélèvement d'une substance, comprenant un réservoir raccordé à une aiguille par l'intermédiaire d'une micropompe électrique, caractérisé en ce que la micropompe comprend un stator et un rotor central d'un moteur électrique à aimants permanents, le rotor central étant traversé coaxialement par une hélice sans fin entourée par un tube ayant une première extrémité raccordée coaxialement à un cône de percussion destiné à pénétrer dans le réservoir et une seconde extrémité raccordée coaxialement à l'aiguille.
Cet agencement contribue à une optimisation du fonctionnement fluidique de la micropompe tout en minimisant l'encombrement du dispositif d'injection ou de prélèvement.
Le dispositif d'injection ou de prélèvement selon l'invention peut aussi présenter les particularités suivantes : - le tube est entouré coaxialement par un disque annulaire portant les aimants du rotor, ce disque annulaire étant disposé entre deux paliers du stator ;
- ledit moteur est un moteur pas-à-pas ;
- un ou plusieurs capteurs sont prévus pour détecter la présence d'un fluide dans ledit tube.
Les avantages et les caractéristiques du dispositif miniaturisé d'injection ou de prélèvement selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif médical d'injection ou de prélèvement avec une micropompe selon l'invention.
La figure 2 est une vue schématique agrandie en coupe de la micropompe de la figure 1.
Sur la figure 1 , on a représenté un dispositif 1 miniaturisé à usage médical selon l'invention prévu pour une injection d'une substance fluide à un individu, par exemple un médicament, ou un prélèvement d'une substance fluide d'un individu, par exemple un prélèvement sanguin. Le dispositif comprend un réservoir 2 pour fluide raccordé à une aiguille 3 par l'intermédiaire d'une micropompe 4 électrique. La micropompe 4 comprend dans un boîtier 5 un moteur 8 apte à entraîner une hélice 9 ou vis sans fin en rotation autour d'un axe 10. Le moteur 8 comporte un stator 11 doté d'une ouverture 12 cylindrique centrée sur l'axe 10 et un rotor 13 central monté sur un tube 14 centré sur l'axe 10 et solidaire en rotation avec l'hélice 9, le tube 14 étant inséré dans l'ouverture 12 cylindrique. Le tube 14 comporte une première extrémité 16 raccordée coaxialement à un cône de percussion 15 destiné à pénétrer dans le réservoir 2 en le perçant et une seconde extrémité 17 raccordée coaxialement à l'aiguille 3 de sorte à former un passage étanche pour le fluide entre le réservoir 2 et l'aiguille 3 via l'hélice 9.
Comme on peut le voir sur la figure 1 , le cône de percussion 15 et l'aiguille 3 sont alignés avec l'axe 10. Un opercule 18 destiné à être percé par le cône de percussion 15 de sorte à permettre le passage du fluide entre le réservoir 2 et le cône de percussion 15 est inséré sur le réservoir 2 en étant aussi aligné axialement avec l'axe 10. L'alignement de l'aiguille 3, du cône de percussion 15 et de l'opercule 18 avec l'axe 10 de l'hélice 9 permet d'optimiser le fonctionnement, notamment fluidique, de la micropompe 4 et de minimiser l'encombrement du dispositif 1. Cette configuration d'alignement axial permet, en particulier dans le cas d'une injection, au fluide de pénétrer dans la micropompe 4 par gravité et de servir d'amorce pour actionner la micropompe 4, laquelle entraîne ensuite le fluide vers l'aiguille 3 pour réaliser l'injection.
Comme représenté figure 1 , le stator 11 du moteur 8 comprend ici deux paires de bobines ou électroaimants 19,20 diamétralement opposées autour de l'axe 10, les bobines 19,20 de chaque paire de bobines formant une mâchoire dans laquelle s'insèrent des aimants permanents 21 du rotor 13. Avantageusement, le rotor 13 du moteur 8 se présente sous la forme d'un disque annulaire 22 centré sur l'axe 10 et sensiblement perpendiculaire à l'axe 10, les aimants 21 du rotor 13 étant disposés ici en anneau sur la périphérie externe 23 du disque annulaire 22 et la périphérie interne 24 du disque annulaire 22 entourant le tube 14.
Le moteur 8 peut avantageusement être un moteur pas-à-pas qui permet de pomper un certain volume de fluide avec une grande précision et à une pression et une vitesse constante. Le débit d'injection ou de prélèvement de la substance étant ainsi déterminé par le moteur 8, on peut réaliser une injection ou un prélèvement régulé(e) d'un fluide avec un dosage précis de la quantité de fluide pompée.
Le dispositif médical 1 comprend en outre une pile 25 électrique reliée à une commande 26 incluant une ou plusieurs cartes électroniques et qui permet notamment d'alimenter et de piloter le moteur 8, la commande 26 pouvant en particulier varier la vitesse du moteur 8 et donc le débit de la pompe 1 et la pression. La pile 25 électrique peut être avantageusement une biopile ou une pile solaire. Par ailleurs, on voit sur la figure 1 que la micropompe 4 dans le boîtier 5, la pile 25 et la commande 26 sont montées dans une enceinte 27, formée ici de deux parties d'enceinte complémentaires 28,29 cylindriques emboîtables l'une dans l'autre de manière simple et amovible, par exemple en se clipsant l'une sur l'autre, de sorte à réaliser une enceinte 27 étanche. Le réservoir 2 est ici monté sur l'enceinte 27 par l'intermédiaire d'une pluralité de plots 30 et d'éléments élastiques 31 qui permettent de maintenir le réservoir 2 à distance de la micropompe 4 avant utilisation du dispositif médical 1 , l'opercule 18 étant intact, puis de déplacer le réservoir 2 en direction de la micropompe 4 de sorte que le cône de percussion 15 perce l'opercule 18 et autorise un prélèvement ou une injection.
Le dispositif médical 1 selon l'invention est compact et mesure environ 3 cm de diamètre de sorte à loger la micropompe 4 qui peut mesurer entre 0,5 et 2 cm de hauteur selon l'application, c'est-à-dire en fonction du type de fluide et du volume à injecter ou prélever, ainsi que du temps de fonctionnement nécessaire. Le moteur 8 de la micropompe 4 peut être réalisé par une technologie micromécanique (ou « MEMS ») dans des matériaux tels que du verre, des plastiques ou des matériaux composites. Le boîtier 5 peut être réalisé en plastique de sorte à être étanche au fluide.
Sur la figure 2, on a représenté plus en détails la micropompe 4 qui comprend en outre deux paliers 34,35 en forme de volants aptes à laisser passer ledit fluide et s'étendant dans l'ouverture 12 cylindrique au niveau de ses extrémités axiales opposées 36,37, ainsi que deux portions d'arbre respectives 38,39 de l'hélice 9 portées par le tube 14 coaxial au niveau de ses extrémités axiales opposées 16,17 par l'intermédiaire d'un ou plusieurs rayons (non montrés), les paliers 34,35 étant destinés respectivement à guider en rotation les portions d'arbre 38,39.
On voit sur la figure 2 que le boîtier 5 est ici en deux parties supérieure et inférieure 6,7 complémentaires cylindriques emboîtables l'une dans l'autre de manière simple et amovible, par exemple en se clipsant l'une sur l'autre, de sorte à réaliser un boîtier 5 étanche. Plus précisément, les paliers 34,35 sont formés respectivement sur chaque partie 6,7 du boîtier 5, ici sur deux décrochements cylindriques externes 32,33 respectifs de chaque partie 6,7 du boîtier 5. Le stator 11 est fixé sur une partie supérieure 6 du boîtier 5, ici en périphérie du boîtier 5, le boîtier 5 étant dimensionné de telle sorte que, lorsque les deux parties 6,7 du boîtier 5 avec le stator 11 et le rotor 13 sont assemblées pour fermer le boîtier 5 autour de l'hélice 9 dans le tube 14, les portions d'arbre 29,30 de l'hélice 9 sont engagées dans les paliers 34,35 respectifs. Ainsi, on obtient un montage simple de l'ensemble du moteur 8 de la micropompe 4. La micropompe 4 permet notamment d'utiliser un moteur 8 disponible commercialement en intégrant une hélice 9 dans l'axe 10 de rotation de ce moteur 8.
Par ailleurs, comme montré sur la figure 2, un ou plusieurs capteurs 40,41 aptes à détecter la présence du fluide dans l'hélice 9 peuvent être disposés le long du tube 14 en étant espacés axialement de sorte à détecter le remplissage du tube 14 par le fluide, ici un premier capteur 40 détecte la présence de fluide en entrée de l'hélice 9 c'est-à-dire vers le cône de percussion 15, et un second capteur 41 détecte la présente de fluide en sortie de l'hélice 9, c'est-à-dire vers l'aiguille 3. Les capteurs 40,41 sont reliés à la commande 26 qui actionne le moteur 8 de la pompe 1 uniquement lorsque le tube 14 est plein, et l'arrête immédiatement lorsque le tube 14 est vide de sorte à permettre une injection d'une substance sans risque d'injecter de bulles d'air.
Avantageusement, le tube 14 et le rotor 13 sont munis respectivement de parties complémentaires d'un moyen de blocage 42 qui bloquent le tube 14 (et donc l'hélice 9) en translation axiale par rapport au rotor 13. Une première partie du moyen de blocage 42 peut consister en une gorge 43 périphérique creusée dans la paroi externe du tube 14 dans laquelle se clipse facilement le disque annulaire 22 du rotor 13. Une autre partie du moyen de blocage 42 peut être une rondelle 44 concentrique au tube 14 fixée sur la périphérie externe du tube 14 et destiné à bloquer le tube 14 par rapport au rotor 13 dans une première direction dans l'axe 10 indiquée par la flèche A sur la figure 1. Une autre partie encore du moyen de blocage 42 peut être une bague ouverte 45 de diamètre sensiblement égal au diamètre du tube 14 et destinée à bloquer le tube 14 par rapport au rotor 13 dans une deuxième direction dans l'axe 10 opposée à la première direction, indiquée par la flèche B sur la figure 1. Le moyen de blocage 42 permet ainsi un montage aisé de l'hélice 9 avec le tube 14 dans le rotor 13, les portions d'arbre 29,30 venant se loger dans les paliers 34,35 respectifs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif miniaturisé à usage médical pour l'injection ou le prélèvement d'une substance, comprenant un réservoir (2) raccordé à une aiguille (3) par l'intermédiaire d'une micropompe électrique (4), caractérisé en ce que la micropompe (4) comprend un stator (11 ) et un rotor (13) central d'un moteur électrique (8) à aimants permanents (21 ), le rotor (13) central étant traversé coaxialement par une hélice (9) sans fin entourée par un tube (14) ayant une première extrémité (16) raccordée coaxialement à un cône de percussion (15) destiné à pénétrer dans le réservoir (2) et une seconde extrémité (17) raccordée coaxialement à l'aiguille (3).
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le tube (14) est entouré coaxialement par un disque annulaire (22) portant les aimants (21 ) du rotor (13), ce disque annulaire (22) étant disposé entre deux paliers (34,35) du stator (11 ).
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit moteur (8) est un moteur pas-à-pas.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un ou plusieurs capteurs (40,41 ) sont prévus pour détecter la présence d'un fluide dans ledit tube (14).
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