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23 avril 2010 18:01 Page 1/11 2009-005 2010 S2I MP 3 heures Calculatrices autor

23 avril 2010 18:01 Page 1/11 2009-005 2010 S2I MP 3 heures Calculatrices autorisées Analyse sanguine automatisée I Problématique de l’analyse sanguine L’évolution des connaissances associées à l’analyse sanguine a conduit à l’amélioration des diagnostics médicaux lors de l’apparition d’une pathologie inconnue, induisant une intensiﬁcation du recours aux tests sanguins. Cette augmentation a incité certains laboratoires à créer des structures automatisées capables de réaliser l’ensemble des tests lors d’un seul processus d’analyse. Aﬁn de répondre aux nouvelles attentes de ses clients et à l’augmentation de la demande, le laboratoire du Docteur Philippe Mine, situé à Thiant (département du Nord), a choisi de s’équiper dès 2004 du système ADVIA WorkCell R ⃝de l’entreprise BAYER-SIEMENS DIAGNOSTICS pour interconnecter ses diﬀérents automates de test. II Présentation de la chaîne de test du laboratoire II.A – Description de la chaîne de test implantée dans le laboratoire La chaîne automatisée ADVIA WorkCell R ⃝installée dans le laboratoire permet le travail simultané de trois postes de test sanguin permettant d’assurer la grande majorité des analyses demandées par les médecins, le tout sans aucune intervention humaine. Des postes spéciﬁques, gérés manuellement, complètent cette structure. Dans la conﬁguration implantée, le laboratoire assure actuellement entre 400 et 500 analyses sanguines de tout type chaque jour. Sa capacité maximale est de 2000 analyses par jour aﬁn de faire face à toute demande urgente ou toute évolution des tests à eﬀectuer. II.B – Structure générale du système ADVIA WorkCell R ⃝ La ﬁgure 1 décrit la structure générale du système ADVIA WorkCell R ⃝. Les échantillons sanguins à tester, identiﬁés par des codes barres collés sur le tube, sont placés par les laborantins dans des zones identiﬁées du module automatisé de stockage et de gestion des tubes de sang. Figure 1 Organisation des postes autour du convoyeur [Document BAYER-SIEMENS DIAGNOSTICS] Le début du test commence par l’extraction du tube de sang de ce module et son placement sur le convoyeur à recirculation (ﬁgure 2 à gauche). La ﬁn du test correspond à la remise en place du tube dans son emplacement initial dans le module de stockage et de gestion des tubes de sang après que tous les tests aient été eﬀectués (ﬁgure 2 à droite). Ces opérations sont réalisées par un bras motorisé muni d’une pince pneumatique. Entre ces deux étapes, le tube de sang est passé par les postes de test placés autour du convoyeur en fonction des tests demandés par les médecins. 23 avril 2010 18:01 Page 2/11 2009-005 Figure 2 Phases de déplacement du tube entre le module de stockage et de gestion et le convoyeur à recirculation II.C – Avantages du système ADVIA WorkCell R ⃝ L’architecture du système ADVIA WorkCell R ⃝, contrairement à certains systèmes concurrents, est très souple car : • elle est modulaire (et peut même évoluer en une structure intégralement automatisée appelée LabCell) ; • elle accepte des postes de tests de diﬀérents fournisseurs, ce qui assure l’indépendance du laboratoire vis-à-vis des acteurs économiques et industriels du marché de l’analyse sanguine ; • et elle autorise la reconﬁguration de la structure de la chaîne en moins d’une journée, programmation comprise, pour répondre à des sollicitations exceptionnelles. III Le module automatisé de stockage et de gestion des tubes III.A – Structure générale du module Le module automatisé de stockage et de gestion des tubes (ﬁgure 3 à gauche) comporte huit plateaux pouvant accueillir jusqu’à cent tubes à tester (ﬁgure 3 à droite). Le personnel du laboratoire place les tubes à tester dans les trous du plateau au fur et à mesure de leur arrivée puis les récupère à la ﬁn des tests. Le plateau peut être inséré dans le module qu’il soit plein ou incomplet. Il est possible d’intervenir à tout moment dans le module automatisé de stockage pour placer ou enlever un tube manuellement : cette opération n’interrompt pas le cycle mais le tube ainsi placé est alors traité en priorité. Figure 3 Ensemble automatisé de stockage et de gestion des tubes et un plateau rempli de tubes [Document BAYER-SIEMENS DIAGNOSTICS et photographie laboratoire] III.B – Le bras à trois degrés de liberté III.B.1) Présentation du système Un bras automatisé à trois degrés de liberté « T-R-T » (translation–rotation–translation) muni en extrémi- té d’une pince à commande pneumatique est placé dans le module de stockage (voir ﬁgure 4). Il assure les déplacements des tubes de sang entre le plateau et le convoyeur à recirculation. 23 avril 2010 18:01 Page 3/11 2009-005 La ﬁabilité du fonctionnement de cet élément mécanique est fondamentale pour les besoins du laboratoire : • s’il ne fonctionne plus, la totalité de la chaîne automatisée est bloquée ; • toute projection de sang lors des transfert des tubes conduit à un arrêt de la chaîne, l’annulation de tous les tests en cours, un nettoyage complet et la destruction de l’ensemble des échantillons présents sur la chaîne. Figure 4 Zone de stockage des tubes et bras manipulateur à trois degrés de liberté En conséquence : • un bras de rechange doit toujours être disponible permettant un échange rapide (moins de 20 minutes) ; • et la commande de ce système doit être performante et garantir la stérilité de la zone de stockage : cette problématique constitue l’objet de l’étude proposée. III.B.2) Analyse fonctionnelle externe partielle du système étudié L’environnement du bras à trois degrés de liberté situé dans le module de stockage et de gestion des échantillons de sang est décrit par le diagramme des inter-acteurs proposé sous forme partielle ﬁgure 5. Bras à trois degrés de liberté Ensemble de commande du système ADVIA WorkCell R ⃝ Convoyeur à recirculation Zone de stockage et de gestion des échantillons de sang Structure du module de stockage Énergies Personnel du laboratoire FS1 FS2 FS3 FS4 FS5 Figure 5 Diagramme partiel des inter-acteurs du bras à trois degrés de liberté Les énoncés des fonctions de service identiﬁées sont les suivantes : FSi Énoncé de la fonction de service FS1 Déplacer un tube de sang entre un plateau du poste de stockage et de gestion des échantillons de sang et le convoyeur sans projection de sang. FS2 S’intégrer à la structure du module de stockage (échange rapide). FS3 Être alimenté en énergies électrique et pneumatique. FS4 Respecter le personnel de laboratoire (sécurité, bruit, etc.). FS5 Être piloté par la partie commande de la chaîne ADVIA WorkCell R ⃝. Les études proposées vont permettre d’étudier, d’analyser et de valider quelques-unes des performances associées à la fonction de service FS1. 23 avril 2010 18:01 Page 4/11 2009-005 III.B.3) Analyse fonctionnelle interne partielle de la fonction de service FS1 du système étudié Le diagramme FAST de la ﬁgure 6 propose une expansion de la fonction de service FS1 « Déplacer un tube de sang entre un plateau du poste de stockage et de gestion des échantillons de sang et le convoyeur sans projection de sang ». FS1 FT1 : gérer le système (choix de l’échantillon, commandes, etc.) Carte de commande microprogrammée FT2 : saisir / lâcher un tube de sang à tester Pince pneumatique FT3 : déplacer la pince pneumatique FT31 : positionner la pince au dessus d’un trou du plateau FT311 : déplacer la pince longitudinalement Axe N◦1 (translation) FT312 : déplacer la pince angulairement Axe N◦2 (rotation) FT32 : déplacer la pince verticalement Axe N◦3 (translation) Figure 6 Diagramme FAST associé à l’expansion de la fonction de service FS1 IV Étude de la fonction FT3 « Déplacer la pince pneumatique » Objectif Analyser et justiﬁer, vis-à-vis des critères de respect de l’hygiène de la zone de stockage, les performances de la commande d’axe du bras à trois degrés de liberté dédié au transfert des tubes de sang. IV.A – Problématique Le maintien de la qualité des résultats lors de tests à cadence élevée interdit toute pollution de la zone de stockage lors du déplacement de l’échantillon saisi par la pince : on décompose la problématique en deux sous-fonctions • éviter toute projection de sang lors des transferts des tubes avec le bras ; • et éviter le renversement d’un tube lors de son placement dans le plateau. Cette partie se décompose donc en deux sous-parties respectivement dédiées à : • la caractérisation des eﬀets dynamiques appliqués à l’échantillon pouvant conduire à des projections de sang ; • et la synthèse d’une loi de commande assurant le bon positionnement du tube dans les plateaux du module d’interface et de gestion des tubes. IV.B – Description et modélisation du bras motorisé Le bras implanté sur le système ADVIA WorkCell R ⃝, dont une photographie est fournie ﬁgure 7, est motorisé selon trois « axes » asservis (appelés « Axe N◦1 », « Axe N◦2 » et « Axe N◦3 » dans la suite) assurant les mouvements de type translation / rotation / translation. Le bras est constitué de trois solides indéformables : Coulisseau 1, Support 2 et Ensemble bras + pince + tube 3. Les mouvements autorisés entre ces solides sont associés aux trois axes du bras manipulateur et sont paramétrés de la façon suivante : uploads/Management/ centrale-supelec-mp-sii-2010-epreuve 1 .pdf