Débitmètres pour la mesure des multi-perfusions

Comment les débitmètres Coriolis de Bronkhorst sont utilisés pour la recherche des caractéristiques de débit des installations des multi-perfusions ?

Dr. Roland Snijder (HMC)
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Cette semaine, nous publions un article de blog du Dr. Roland Snijder, physicien médical au centre Hospitalier de Haaglanden Medisch (Pays-Bas). Pour obtenir son doctorat à l'université d'Utrecht, Roland a travaillé en tant que chercheur sur le projet traitant des multi-perfusions au sein du département de Technologie Médicale & Physique Clinique de l'University Medical Center Utrecht (UMC Utrecht). Il a orienté ses recherches sur les causes physiques des erreurs de dosage dans les systèmes de multi-perfusions. Au cours de ce travail, les caractéristiques de débit des installations des multi-perfusions ont été analysées à l'aide de débitmètres à effet Coriolis de Bronkhorst. Dans cet article, Roland nous présente ses recherches (l'article original du Dr. Snijder a été rédigé en anglais, il a été traduit en français pour le blog).

Qu'est-ce que la perfusion ?

La plupart des patients admis à l'hôpital sont traités par des médicaments (produits pharmaceutiques). En soins intensifs notamment, un nombre important de patients nécessitent un traitement intraveineux. Un traitement intraveineux signifie qu'une solution de produits pharmaceutiques est administrée directement dans les veines. Ce procédé d'administration est appelé perfusion et est effectué en utilisant un dispositif permettant un accès vasculaire (par ex. un cathéter) qui est inséré dans la veine.

L'importance d'un débit précis

Souvent, les patients en soins intensifs, notamment les jeunes patients et les prématurés, souffrent de maladies qui nécessitent l'administration intraveineuse de produits pharmaceutiques très puissants et agissant sur un temps très court. Ces produits pharmaceutiques nécessitent typiquement une administration très précise où le moindre écart de débit, et donc de taux d'administration, peut facilement conduire à des erreurs de dosage. Pour cette raison, on utilise des pompes à perfusion ou pousse-seringue.

En plus de cela, l'accès vasculaire du patient est généralement limité à un point et par conséquent, de nombreuses pompes à perfusion doivent être connectées à travers un seul cathéter (multi-perfusions), ce qui rend tout le processus d'administration du produit pharmaceutique complexe et difficile à prévoir. Et parce que les erreurs de dosage sont courantes dans la pratique clinique, il était évident qu'il fallait pousser les recherches. Nombre des résultats de cette recherche figurent dans la thèse : “Physical Causes of Dosing Errors in Patients Receiving Multi-Infusion Therapy”.

Installation pompe à perfusion

Exemple d'une installation de multi-perfusions en pratique clinique.

Mesure de débit avec un débitmètre Coriolis

Nous avons réalisé un nombre important de mesures afin d'en savoir davantage sur les caractéristiques de débit des systèmes de multi-perfusions. Ces mesures ont été conduites à l'aide de débitmètres Coriolis Bronkhorst (série mini CORI-FLOW). Ces débitmètres nous ont permis de mesurer le débit des pompes à perfusion de manière exacte, précise et indépendante de la densité de la solution en train d'être mesurée (la plupart des solutions ont des propriétés proches de l’eau).

Ces débitmètres ont également été choisis car ils sont adaptés aux débits très faibles, les débits de perfusion pouvant être aussi bas que 0,1 ml/h. En fin de compte, c'est le débit de la quantité de matière ou le débit massique du produit pharmaceutique administré au patient qui est important.

Pour mesurer cela, nous avons utilisé une technique de spectrophotométrie d'absorption, ce qui nous a permis de mesurer la concentration d'une substance dans une solution, c'est-à-dire un produit pharmaceutique ou équivalent. Pour convertir la densité (par ex. µg/l) en un débit massique (par ex. µg/h), le débit cumulé (par ex. ml/h) du réglage de la perfusion a également été mesuré.

Débitmètre Mini-Coriflow M12-M14

Nous avons d'abord utilisé une balance de précision puis nous avons utilisé le débitmètre mini CORI-FLOW. Les données venant de la balance de précision étaient plutôt bruitées alors que le débitmètre fournissait des données très propres, ce qui a fortement amélioré nos mesures.

Toutefois, il fallait faire attention au fait que les débitmètres produisent une perte de charge qui se traduit par une résistance au passage du débit. Les implications de cet effet et la manière dont le réglage des mesures est lié à une situation clinique est expliqué en détails dans la thèse mentionnée plus haut.

La recherche a conclu qu’un grand nombre de paramètres de la perfusion avaient une influence particulière, généralement significative et que le personnel médical n'est généralement pas conscient des implications que cela a pour le traitement par perfusion. Il a été recommandé de prendre conscience des mécanismes sous-jacents de ces effets par la formation du personnel et l'innovation technique. Les débitmètres Coriolis de Bronkhorst se sont révélés être très adaptés pour découvrir les différents mécanismes des défaillances des systèmes de pompes à perfusion.

Pour en savoir plus : R.A. Snijder - Physical causes of dosing errors in patients receiving multi-infusion therapy (ISBN: 978-94-028-0382-2)

A propos de l'auteur :

Le Dr. R. A. (Roland) Snijder (1985) est physicien hospitalier au centre hospitalier Haaglanden Medisch Centrum (Pays-Bas). Il est diplômé d'un master en Ingénierie Biomédicale de l'Université de Groningen avec une spécialisation en physique médicale (instrumentation et imagerie médicales). Durant sa thèse de master, conduite à l'University Medical Center Groningen, il a effectué des recherches sur les effets de l'utilisation de la tomographie par ordinateur (CT) dans le dépistage du cancer du poumon. Après avoir achevé sa thèse de master en 2012, Roland a poursuivi en passant un PhD au département de Technologie Médicale et & Physique Clinique de l'University Medical Center Utrecht (UMC Utrecht).

Dr Roland Snijder

Dr. Roland Snijder

Vous voulez en savoir plus sur l'étalonnage des pompes à perfusion ? Lisez l’article de blog de Marcel Katerberg qui vous explique les performances de nouvelles techniques d'étalonnage de pompes à perfusion.

Étalonnage rapide et précis de pousse-seringue

Utiliser un capteur Coriolis améliore la rapidité et la précision de l’étalonnage des pousse-seringues

Marcel Katerberg
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Travailler sur des solutions de débits, plus particulièrement des solutions de faibles débits, vous met face à des applications et des défis qui peuvent s'avérer tout à fait surprenants. Cette semaine, c’est l’occasion de prouver les performances de nouvelles techniques d'étalonnage de pousse-seringue.

Ces pompes à perfusion, bien connues dans le domaine des applications médicales, offrent plusieurs principes de fonctionnement pour le dosage de différents liquides.

  • Les pompes volumétriques sont généralement utilisées pour l'alimentation et l'hydratation à des débits pouvant aller jusqu'à 1l/h.
  • Les pompes à seringue sont surtout utilisées pour doser avec précision des débits faibles (jusqu'à 1ml/h voire moins).

Nous avons appris auprès d'utilisateurs que l'affichage d'une pompe à seringue montre le point de consigne du débit sans donner d'informations sur le débit réel. En raison de l’absence de cette donnée, des contrôles réguliers à un débit ou une plage de débit prédéterminé doivent être effectués. Ces contrôles sont essentiels pour s'assurer que le débit de liquide de la pompe correspond aux attentes de l’utilisateur. C’est également une excellente occasion de consigner les performances de la pompe à des fins de consultation ultérieure et d'aide à la gestion.

Nous avons également appris, grâce à des groupes d'ingénierie médicale, qu'il existe principalement deux techniques d'étalonnage pour les pompes à perfusion.

Principes de mesure volumétrique

La première s'appuie sur les principes de mesure volumétrique. Cette méthode nécessite en général un débit important et un volume minimum pour atteindre une précision raisonnable dans un délai acceptable. Cette approche limite la possibilité de vérifier rapidement les pousse-seringues aux débits les plus faibles et dans des applications critiques. Elle génère en outre un processus d'étalonnage potentiellement inexact et chronophage.

Principes de mesure de la distance

La deuxième technique consiste à mesurer la distance parcourue par le piston sur une période de temps prédéfinie et à utiliser ce chiffre pour déterminer le volume de liquide injecté et donc extrapoler un chiffre d'acceptation ou de rejet. Cette technique est généralement établie par les fabricants des instruments et s'accompagne d'un haut degré d'imprécision si l'on considère l'imprécision des mesures manuelles, de la règle, du chronomètre et de la pompe.

Améliorer le temps de réponse et la précision de l'étalonnage des pompes à perfusion

Ayant pris connaissance des lacunes de ces techniques et après avoir parlé à plusieurs groupes de travail de professionnels utilisant des systèmes d'étalonnage de pousse-seringues, nous étions impatients de commencer de nouvelles recherches. Dans le cadre de ces études, nous testons de nouvelles technologies et techniques de capteur susceptibles d'améliorer le temps de réponse et la précision de l'étalonnage des pompes à perfusion.

Pour définir la valeur de cette étude, nous avons identifié avec les groupes de travail des applications potentielles dans lesquelles un dosage précis est un paramètre critique du procédé. Vous trouverez ci-dessous ces applications:

  • Utilisation en pédiatrie, où les patients sont très sensibles et vulnérables aux mauvaises posologies.
  • Faibles posologies où il est difficile d'obtenir un débit relativement précis et stable.
  • Médicament présentant une marge thérapeutique réduite où une haute précision est encore plus importante.
  • Systèmes de perfusions multiples, où plusieurs pompes sont connectées à une seule canule. Dans ces systèmes, la conformité des seringues et des tubes utilisés peut entrainer d'importantes erreurs de dosage.

Pédiatrie

Capteur Coriolis pour faibles débits

Nous sommes partis de l'hypothèse que les caractéristiques d'un capteur Coriolis pour les faibles débits pourraient contribuer à améliorer la précision et le temps de réponse des systèmes utilisés pour l'étalonnage des pousse-seringues. Nous avons démontré la validité de cette hypothèse dans le cadre d'une étude interne et d'un hôpital aux Pays-Bas. Le principe de Coriolis a été choisi en raison de sa précision et de sa stabilité prouvées sur le long terme. En raison de leur faible volume interne et d'une perte de charge limitée, ces instruments peuvent par ailleurs être utilisés en ligne pour tester les systèmes de perfusion complexes.

Précision et temps de réponses supérieurs

Nous avons comparé le capteur Coriolis à une balance électronique en interne. La mise en place de cette expérience a été approuvée par le Conseil d'accréditation néerlandais. Nous avons également réalisé une analyse comparative par rapport à un système d'étalonnage des pompes à perfusion d'un hôpital aux Pays-Bas.

Les résultats de cette étude ont confirmé que les techniques du capteur Coriolis peuvent dépasser, en précision et en temps de réponse, les principes de mesure actuellement appliqués aux systèmes d'étalonnage.

Lisez les explications de Mandy Westhoff sur une journée ordinaire au centre d'étalonnage des débitmètres de Bronkhorst (BCC)

Pour en savoir plus sur les débitmètres Coriolis combinés à une vanne ou une pompe, rendez-vous sur la page des instruments (mini) CORI-FLOW™ de notre site internet.

Cette vidéo montre le principe de fonctionnement d'un débitmètre massique Coriolis.

Amélioration des performances d’une pompe de dosage

En quoi un débitmètre Coriolis peut-il être utile lorsque nous avons une pompe de dosage ? Bronkhorst donne les raisons dans cet article

James Walton
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Cette semaine, je souhaite aborder le sujet des pompes et, plus particulièrement, des pompes de dosage. Nombre de nos clients veulent associer des débitmètres à leurs pompes et, par conséquent, nous recevons très fréquemment les mêmes questions.

Pourquoi avons-nous besoin d'un débitmètre Coriolis si nous utilisons une pompe de dosage ?

En général et dans la plupart des cas que nous pouvons observer, les pompes de dosage sont réputées précises parce qu'en théorie, le déplacement connu de la tête de pompe déplace un volume connu pendant une durée connue et donne un volume connu. En pratique cependant, cela n'atteindra jamais un haut niveau de précision, et des écarts de 10 à 15 % sont considérés comme normaux. De telles inexactitudes sont dues aux nombreux changements de conditions du procédé :

  1. La température
  2. La pression
  3. Les occlusions d'air
  4. L'usure des composants

Chacun de ces facteurs peut être la cause d'imprécisions au niveau du volume déplacé par les mouvements de la tête de pompe et, si vous multipliez chacun de ces facteurs, vous augmentez le risque d'erreurs importantes entrainant des imprécisions et des incohérences.

Vous pouvez vous référer à notre article précédent : La tendance en faveur de la haute précision est-elle justifiée ?

Comment faire pour améliorer la précision ?

Option 1) En ajoutant un débitmètre entre la pompe et le procédé

En ajoutant un débitmètre entre la pompe de dosage et le procédé, vous pourrez vous appuyer sur les mesures du débitmètre massique pour régler la vitesse de la pompe. En règle générale, on a un signal de sortie analogique 4...20mA ou équivalent, du débitmètre vers un régulateur PID distinct qui compare le signal du débit réel au débit souhaité. Le régulateur électronique peut alors ajuster la vitesse de la pompe de dosage afin d'obtenir la dose/le débit recherché.

Utiliser cette solution permet d'atténuer les problèmes liés à la simple utilisation d’une pompe de dosage (sans débitmètre massique), mais en introduit de nouveaux:

  • La lenteur du signal de débit en raison du filtrage
  • La lenteur de la réponse de la pompe due au relais de commande supplémentaire
  • La complexité accrue due aux composants supplémentaires
  • Stabiliser le débit peut prendre du temps
  • Le coût supplémentaire du débitmètre et du régulateur PID

Option 2) Mesure de débit massique direct avec régulateur PID intégré

Une autre solution possible consiste à utiliser un appareil de mesure de débit massique direct avec contrôle PID intégré permettant de piloter la pompe afin d'obtenir la dose ou le débit souhaité.

Avec cette solution, vous n'avez pas besoin d'inclure la pompe de dosage au système de commande, il suffit de régler la valeur du débitmètre massique pour qu'il amène la pompe à délivrer la dose/le débit souhaité. Cette solution vous apporte plusieurs avantages:

  • La régulation directe du débit massique et/ou de la quantité injectée (batch).
  • La précision de l'alimentation qui atténue les problèmes de pompe habituels
  • La fonctionnalité d'alarme en cas de faible dose/débit
  • L'entretien préventif en fonction des performances de la pompe dans le temps
  • Des mesures de dose/de débit cohérentes basées sur des chiffres réels et non présumés

Débitmètre Mini Coriflow dans un système de dosage

Ces avantages peuvent profiter à de nombreux secteurs:

Dès lors qu'un liquide versé dans un récipient nécessite un contrôle qualité et que celui-ci est effectué sur un faible pourcentage de récipients pour assurer la conformité générale. Si vous utilisez un débitmètre massique pour réguler les doses, vous pouvez contrôler 100 % de la qualité de vos produits sans augmenter la main d'œuvre nécessaire.

Si vous avez besoin de doser des additifs, des produits chimiques haute performance, ou de mélanger des liquides, la capacité à réguler et à connaître la valeur du débit de l'additif peut représenter un avantage énorme pour le résultat de l'application.

détergent

Si vous avez aimé ce post, je vous invite à approfondir le sujet sur notre chaîne YouTube et notre site web, dont vous trouverez les liens ci-dessous.

Découvre sur notre blog comment le contrôle de la pompe offre des solutions uniques de dosage précis pour les produits chimiques ménagers tels que les détergents et les produits de nettoyage.

Un petit aperçu de la technologie CORI-FILL pour des dosages par batch rapides et précis, avec cette vidéo.