Injecteur
La présente invention se rapporte à un injecteur comprenant un piston et un cylindre et un moyen pour entraîner le piston, servant à fournir une pression constante sur un milieu hydraulique pour des injections d'angiographie, par exemple pour injecter un milieu de contraste opaque aux rayons X dans le système vasculaire, par l'intermédiaire d'un tube soupie et mince connu sous le nom de cathéter, pour observer la propagation de ces matières au moyen de la photographie aux rayons X. Pour injecter les matières opaques aux rayons X, il est nécessaire de produire des pressions réglées partant de presque zéro pour aller jusqu'à 56 à 70 kg/cm2.
Cette pression est nécessaire dans lainJYecteur¯pour qu'une quantité suffisante de liquide s'écoule à travers le cathéter long et mince qui part de l'injecteur pour aller à l'endroit de l'injection, qui peut se trouver dans une veine, une artère ou dans le coeur lui-même. Le moment du début de l'injection doit pouvoir être réglé et l'établissement de la pression doit être pratiquement instantané, de sorte que l'injection peut être synchronisée avec un certain cycle de battement du coeur. De même, le moment de la fin de l'injection doit pouvoir également être réglé. Divers types d'entraînement ont été imaginés pour des cylindres hydrauliques afin de produire ces pressions. Parmi ces types d'entraînement, on trouve des dispositifs entraînés par ressort, pneumatiquement et hydrauliquement.
Vu la présence d'un agencement par piston et cylindre servant à agir sur le milieu d'injection, un moteur électrique linéaire tel qu'un solénoïde semblerait être indiqué comme moyen pour entraîner le piston. Cependant, la force exercée par un solénoïde est à la fois difficile à régler et dépend entièrement de la position de l'élément mobile, de telle sorte qu'une course de force uniforme sur toute sa longueur est extrêmement difficile à obtenir.
L'injecteur suivant la présente invention est caractérisé en ce que le moyen pour entraîner le piston comprend un moteur électrique à couple constant et un moyen servant à transformer le couple constant en une poussée constante, de façon à faire agir une pression constante sur le milieu hydraulique se trouvant dans le cylindre.
A titre d'exemple, un mode de réalisation de la présente invention est représenté dans le dessin annexé dans lequel:
la fig. 1 en est une élévation latérale;
la fig. 2 est une vue en plan depuis la ligne 2-2 de la fig. 1;
la fig. 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 1 ;
la fig. 4 représente schématiquement le câblage de commande servant à faire fonctionner l'injecteur de la fig. 1; et
la fig. 5 est une vue agrandie de l'ensemble d'embrayage compris dans la fig. 1.
L'injecteur représenté comprend un châssis 10 en deux pièces 12 et 14 réunies par des boulons 16.
Un moteur à induction capacitif 20 à glissement permanent est monté sur le châssis et entraîne un dispositif d'écrou à billes 22 par l'intermédiaire d'un ensemble 24 comprenant un embrayage à patinage et un palier de butée.
Le dispositif 22 d'écrou à billes comprend un arbre fileté 26 ainsi que l'écrou à billes lui-même 28 qui fonctionne en prise avec lui. L'arbre fileté 26 est relié à l'arbre du moteur 20, par l'intermédiaire de l'ensemble 24 de l'embrayage à glissement. Lorsque l'arbre fileté 26 est mis en rotation par le moteur 20, l'écrou à billes 28 coopère avec l'arbre fileté 26 pour transformer le mouvement de rotation en un déplacement linéaire de la même façon qu'un écrou classique mais avec un rendement bien meilleur, des rendements de 90 o/o pouvant être facilement obtenus.
Par suite du rendement élevé de l'écrou à billes qui diffère de celui d'un écrou classique, on peut transformer un couple constant en une poussée constante ou uniforme sans distorsion due aux pertes par frottement.
L'écrou à billes entraîne un tube de poussée creux 30 à l'intérieur duquel se loge l'arbre fileté 26 avant la course d'injection. Le tube de poussée et l'écrou à billes sont empêchés de tourner avec l'arbre 26 par une queue 32 qui s'engage dans une fente 34 correspondante de la pièce 12 du châssis.
L'extrémité avant de ce tube de poussée coulisse dans un palier 36 qui comprend un coussinet 40 en Nylon et qui est fixé sur l'élément 12 du châssis par les vis 38. La poussée produite par le dispositif 22 d'écrou à billes réagit bien entendu par l'arbre 26 sur le moteur 20. L'ensemble d'embrayage à glissement 24 est particulièrement prévu à la fois pour transmettre cette poussée et pour exercer une action de patinage servant à limiter le couple qui peut être appliqué par le moteur au dispositif d'écrou à billes 22. Le corps de l'ensemble 24 est construit en deux parties, dont la partie avant 42 est fixée sur l'arbre fileté 26 par la vis de calage 44. La partie arrière 46 du corps est fixée sur l'arbre 48 du moteur 20 par la vis de calage 49.
Les deux parties du corps sont réunies par un palier 50 à une seule rangée de billes dont les chemins de roulement intérieur et extérieur sont fixés sur les parties avant et arrière du corps, respectivement, par les bagues de serrage 52 et 54 et par les vis à tête 56 et 58.
La partie avant 42 du corps comprend une surface 62 portant un feutre et le couple est transmis par l'ensemble 24 à l'aide d'une plaque d'embrayage 60 qui porte contre la surface en feutre 62 et qui est empêchée de tourner par rapport à la partie arrière 46 du corps en venant en contact avec les têtes des vis à têtes 56. La force de frottement est assurée par des ressorts à boudin 64 qui reposent contre les vis de calage 66 servant au réglage du couple et qui sont espacées autour de la périphérie de la partie arrière 46 du corps.
Un raccord 70 est fixé à l'extrémité avant du tube de poussée 30 par des vis 72 et il est destiné à venir en prise d'une façon amovible avec la tête 74 de la tige d'un cylindre d'injection classique 76. Le cylindre 76 est maintenu dans une boîte à dessus ouvert 78 qui est fixée sur le châssis 12. Comme on peut le voir sur les fig. 1 et 2, le cylindre peut ainsi être enlevé de l'injecteur pour le nettoyer et pour le remplir, simplement en le soulevant de façon à le dégager à la fois de la boîte 78 et du raccord 70.
Comme indiqué plus haut, il est spécialement nécessaire pour mener à bien l'angiographie que la pression de l'injection du milieu opaque aux rayons
X soit constante pendant l'injection et qu'elle puisse être réglée avec précision. Pour satisfaire à ces exigences on envisage de faire fonctionner le moteur 20 suivant un mode de surcharge avec un couple moteur constant, différent de son mode de fonctionnement à des vitesses proches de la vitesse de synchronisme.
Lorsqu'on les utilise normalement, les moteurs à induction fonctionnent d'une façon classique avec un faible glissement et la vitesse du moteur ne varie que légèrement pour des variations relativement importantes du couple de charge. Inversement, le couple disponible varie d'une façon considérable pour de petites variations de vitesse. Cependant, lorsqu'on fait fonctionner le moteur 20 à des vitesses beaucoup plus faibles que sa vitesse de synchronisme, le moteur présente la caractéristique de produire un couple essentiellement constant pour une gamme de vitesses très étendue. Ce niveau du couple est déterminé en grande partie par le potentiel du courant alternatif fourni au moteur.
En faisant fonctionner le moteur suivant ce mode, et en utilisant le dispositif à grand rendement de l'écrou à billes 22 pour transformer le couple constant en une poussée constante, on obtient une source de poussée uniforme qui peut être utilisée par le cylindre 76 pour donner une pression d'injection hydraulique uniforme. De plus, cette pression uniforme peut être facilement réglée en agissant sur le potentiel du courant électrique fourni au moteur, par exemple à l'aide d'un auto-transformateur à prises.
Le circuit approprié pour commander le moteur 20 est représenté sur la fig. 4. Le courant alternatif, destiné à l'appareil, par exemple à 110 volts, est pris sur les bornes 102. L'entrée d'un auto-transformateur à prises 104 est connectée aux bornes des conducteurs 100 et elle est agencée de telle sorte que le commutateur S1 qui comporte des sections Sla,
Slb et Slc, se trouve dans la position représentée sur la figure, et que les contacts de relais RYl sont fermés, et que du courant alternatif à un potentiel déterminé par le réglage de la prise variable 106 de l'auto-transformateur est fourni au moteur 20 par l'intermédiaire des bornes 110 et 111. Ces bornes correspondent à une connexion interne du moteur 20 qui est appropriée à un fonctionnement à vitesse normale en marche avant.
Comme indiqué précédemment, la pression hydraulique produite par l'injecteur dépend de la tension appliquée au moteur 20, et par suite également, du réglage de la prise variable 106. De plus, pour un réglage donné de la prise, la pression demeure essentiellement uniforme pendant tout le processus d'injection.
Les divers commutateurs se trouvant dans les positions représentées sur la fig. 4, le réglage des temps du processus d'injection s'effectue au moyen des contacts RYl de relais et le fonctionnement de ces contacts de relais est, à son tour, commandé par le fonctionnement du bouton-poussoir P1 de la façon suivante: la section de commutateur Sla se trouvant dans la position représentée, un côté du bouton-poussoir P1 est relié à l'un des conducteurs 100. De même, du courant est fourni à la lampe au néon NE1, dont l'allumage indique que l'appareil est prêt électriquement pour une injection.
En appuyant sur le bouton-poussoir, on ferme un circuit allant à l'autre conducteur 100, par l'intermédiaire des commutateurs de fin de course L1 et L2 et par l'intermédiaire de la bobine du relais RY.
Les commutateurs de fin de course Ll et L2 (non représentés sur la fig. 1) sont agencés pour être commandés par la queue 32 lorsque le tube de poussée 30 se trouve dans les parties les plus avancées et les plus en arrière respectivement de son trajet. L'excitation de la bobine RY fait fermer les contacts de relais RY1.
En excitant la bobine RY, on ferme également les contacts RY2, ce qui fait charger le condensateur électrolytique C1 par l'intermédiaire du redresseur D1 et de la résistance R1 limitant le courant.
A la fin du processus d'injection, le moteur est déconnecté de sa source de courant alternatif par l'ouverture des contacts relais RY1 et il est simultanément connecté aux bornes du condensateur chargé C1 par la fermeture des contacts RY3 de relais normalement fermés. Cette dernière connexion fait passer une impulsion intense de courant continu à travers les enroulements du moteur. Cette impulsion, en induisant de forts courants vagabonds dans le rotor du moteur, amène celui-ci à un arrêt presque instantané.
Cette caractéristique évite le dépassement du processus d'injection qui pourrait se produire autrement par suite de la force vive des divers éléments en rotation. Pour un moteur 20 ayant une puissance de 1/4 CV., des valeurs appropriées pour R1 et C1 sont de 10 ohms et de 2000 microfarads respectivement. La diode D1 peut être du type semi-conducteur 1N1345.
Pour que l'injecteur puisse revenir à sa position initiale, et pour que le cylindre 76 puisse être rempli et débarrassé des bulles tout en étant en place sur l'injecteur, il est préférable que le moteur 20 soit d'un type qui peut fonctionner à une puissance inférieure à sa pleine puissance. Par exemple, si le moteur 20 fonctionne normalement comme moteur à quatre pôles, il est avantageux qu'il y ait également à l'intérieur du moteur des connexions internes lui permettant de fonctionner comme dispositif à douze pôles, une telle disposition étant capable de réduire du tiers sa vitesse de fonctionnement. De même, il est avantageux que le moteur puisse fonctionner suivant ce mode de fonctionnement soit en marche avant soit en marche arrière.
Les connexions internes du moteur qui sont nécessaires pour ces variations
de vitesse et pour ces inversions de sens sont indi
quées sur la fig. 4 par les bornes 110-114. La borne
110 commune à tous les enroulements du moteur et la borne 111 représentent la connexion à pleine vitesse ou à quatre pôles, en marche avant, comme indiqué précédemment. La borne 112 (non utilisée) représente la connexion à quatre pôles pour la marche arrière. Les connexions à douze pôles pour la marche avant et la marche arrière sont amenées aux bornes 113 et 111, respectivement. Les condensateurs de déphasage qui déterminent le sens de rotation pour des vitesses rapide et lente sont indiqués en C2 et C3, respectivement.
Le choix du mode de fonctionnement, soit à quatre pôles, soit à douze pôles, est déterminé par le réglage du commutateur S1. La détermination du sens de marche et la véritable mise en marche s'effectuent à l'aide du contact temporaire, tripolaire à deux directions S2, dont les trois sections sont désignées par S2a, S2b, S2c. En inversant la position de la section Sla du commutateur depuis la position représentée sur la fig. 3, on permet à la section S2a du commutateur d'assumer, par son fonctionnement dans un sens ou dans l'autre la fonction du boutonpoussoir 31, qui consiste à exciter la bobine de relais
RY.
La section Slb du commutateur déconnecte la prise variable 106 de l'auto-transformateur et connecte à sa place une prise fixe à basse tension 108 de sorte que les possibilités de couple du moteur 20 dans sa configuration à douze pôles sont maintenues à un faible niveau. L'inversion de la section Slc du commutateur permet de connecter l'auto-transformateur aux bornes à douze pôles 114 et 116 à la place de la borne 112 à quatre pôles.
Le fonctionnement du commutateur S2 vers le bas, comme on le voit sur la fig. 4, fait tourner le moteur 22 en marche avant et le mouvement du commutateur vers le haut fait tourner le moteur en marche arrière. Comme indiqué précédemment, la fermeture des contacts relais RY1 peut être commandée par le fonctionnement de la section S2a du commutateur dans l'un et l'autre sens. La section S2b du commutateur permet au relais d'être excité, même lorsque l'un des commutateurs de fin de course L1,
L2 est ouvert, à condition que ce commutateur de fin de course se trouve à l'extrémité du parcours du tube poussoir à partir duquel le mouvement est alors commencé.
Finalement, la manoeuvre de la section S2c du commutateur détermine le sens dans lequel le moteur doit fonctionner en déterminant laquelle des bornes 114 ou 116 reçoit le courant à phase normale.
Par suite du fait qu'il est avantageux de chronométrer les expositions aux rayons X depuis soit le début, soit la fin du cycle d'injection, le câblage représenté sur la fig. 4 comprend une disposition indiquant extérieurement l'occurrence de l'un ou l'autre de ces événements. Dans ce but, une résistance R2 d'un ohm est montée en série avec le condensateur C1. Une impulsion est produite aux bornes de cette résistance à la fois au début et à la fin du cycle d'injection. L'impulsion du début du cycle d'injection est une impulsion positive produite par la charge du condensateur C1 à la fermeture des
contacts de relais RY2. L'impulsion de la fin du
cycle d'injection est une impulsion négative produite par la décharge du condensateur à travers les enrou lements du moteur.
Pour faire fonctionner un équipement électronique associé, les impulsions peuvent être envoyées à un appareil extérieur par l'intermédiaire des bornes 115 et pour faire fonctionner com modément cet appareil électronique associé, la polarité relative des impulsions peut être inversée au moyen du commutateur bipolaire à deux directions S3 et l'impulsion qui n'est pas nécessaire peut être bloquée par le fonctionnement de la diode semiconductrice D2. Pour empêcher le déclenchement intempestif de l'appareil à rayons X, le commutateur Sld empêche toute impulsion de passer lorsqu'on fait fonctionner le moteur 20 suivant sa configuration à douze pôles.