Brevet FR2003611A1 — publié le 19691114

La présente invention concerne des appareils de diffusion pour fluide dans lesquels un transfert matériel se produit à travers une membrane sélectivement perméable disposée entre deux fluides. L'invention vise notamment un élément de diffusion permettant d'oxygéner 5 ou de dialyser du sang à travers une structure stratifiée obtenue par exemple par pliage accordéon d'une membrane sélectivement perméable. Un appareil connu de ce type dialyse du sang à travers une membrane flexible repliée et non soutenue qui définit une pluralité XO de trajets d'écoulement parallèles pour le sang le long de l'une des faces de la membrane et une pluralité de trajets d'écoulement à contre-courant pour le fluide dialyseur le long de l'autre face de la membrane, l'appareil reçoit le sang et l'autre fluide qui circulent par intermittence et alternativement par pompage alternatif 15 et à contre-courant. Il en résulte que les poches formées le long d'une des faces de la membrane se remplissent tandis que les poches formées le long de l'autre face de la membrane se vident. L'appareil lui-même sert de pompe et nécessite des valves pour diriger l'écoulement du fluide dans le sens voulu. Du fait des conditions varia-20 bles auxquelles est soumise la membrane en permanence des variations peuvent se produire dans le traitement du sang. En outre, en raison du manque de rigidité voulu de la membrane, le risque de formation de dérivation par rapport aux trajets normaux à l'intérieur de l'appareil laisse une part de hasard incompatible avec un traitement 25 correct du sang. La présente invention a pour but un appareil perfectionné pour la diffusion d'un fluide, du type à membrane stratifiée destiné au traitement du sang. L'invention vise également un procédé permettant d'assurer un 30 écoulement uniforme du fluide dans un oxygénateur ou dans un dialyseur de sang du type précité, et améliorant les échanges oxygène/ anhydride carbonique dans le cas d'un oxygénateur. L'élément de diffusion pour fluide à membrane sélectivement perméable stratifiée suivant l'invention comprend une pluralité de 25 poches ouvrant de côtés opposés qui définissent deux jeux de trajets d'écoulement parallèles le long des faces correspondantes de la membrane. A chaque jeu de trajets parallèles sont associés un organe d'admission et un organe d'évacuation pour introduire et évacuer 2003611 69 04744 -2- 2003611 le sang et l'autre fluide qui sont séparés l'un de l'autre par la membrane. Un support rigide est disposé dans chaque poche pour provoquer l'étalement du fluide de .manière à favoriser au maximum le contact du fluide avec la membrane. 5 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip tion détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent à titre d'exemples non limitatife plusieurs modes de réalisation de l'invention. La fig. I est une vu.e en perspective d'un élément de diffusion ^0 suivant l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1. La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 2, dans laquelle les tamis intercalaires ont étéomis dans un but 15 de clarté. La fig. 4 est une vue à plus grande échelle suivant la ligne 4-4 de la fig. 2. La fig. 5 est une vue en perspective d'une membrane repliée en accordéon faisant partie de l'élément de diffusion suivant l'inven-20 tion. La fig. 6 est une vue en perspective d'un type de tamis intercalaire utilisé dans l'élément suivant l'invention. La fig. 7 est une vue en perspective d'un autre type de tamis intercalaire suivant l'invention. 25 La fig.. 8 est une vue en perspective de la tubulure amenant le fluide dans l'élément de diffusion. La fig. 9 est une vue en perspective sous un autre angle de la tubulure de la fig. 8. On a représenté sur les dessins un élément de diffusion pour 30 fluide 10 (fig. I) destiné à traiter un fluide corporel tel que du sang. L'élément 10 comporte un dessus 12, une base 14, une face antérieure 16, une face postérieure non visible et des faces latérales opposées 18-20, un côté 18 réservé au sang et un côté 20 réservé à un autre fluide. 35 L'élément to comprend une structure membraneuse stratifiée eçi lames parallèles qui peuvent être constituées par les méandres d'une membrane flexible et sélectivement perméable 22 (fig. 5). Cette dernière est repliée ou plissée de manière à former un premier jeu 24 "3" 2003611 69 04744 de poches 24A, 24B, 24C, 24D et 24E qui s'ouvrent vers l'extérieur en direction du côté 18 et un deuxième jeu de poches 28A, 28B, 28C et 28D qui s'ouvrent vers l'extérieur en direction du côté 20. Les poches de chaque jeu définissent des trajets parallèles d'écoulement 5 le long des faces correspondantes de la membrane. La membrane 22 est avantageusement faite dans un matériau oio-logiquement inerte tel qu'un tamis ou filtre en fibre de verre ou en "DAORON" de 0,12 mm environ d'épaisseur. Bur cette base on applique une très mince couche d'un élastomère tel que du caoutchouc de 10 silicone, juste suffisante pour combler les ouvertures du tamis. Suivant un procédé de fabrication avantageux de l'élément de diffusion , la membrane 22 est plinsée en accordéon de manière à former des poches de mêmes dimensions aixtour d'une -pluralité de plaques de formage parallèles et rectangulaires non représentées. Ces plaques 15 sont supportées en une pile horizontale de façon à espacer d'1 mm environ les plis ou méandres adjacents de la membrane. Ensuite, on ferme de façon étanche avec un matériau d'obturation 30 les bords supérieurs 32 des plis formant le dessus 12 et les bords inférieurs 34 des plis formant la base 14 de l'élément, en maintenant entre eux un 20 certain écartement. On obtient ainsi des poches dont les extrémités supérieures et inférieures sont fermées. Un caoutchouc de silicone vulcanisable à température ambiante constitue un matériau d'obturation approprié et confère au-dessus 12 et à la base 14 de l'élément une rigidité satisfaisante. Une obturation au caoutchouc est supé^ 25 rieure à des attaches métalliques ou à des éléments d'obturation pré-formés car elle réduit le prix de revient de l'élément. La structure ainsi formée permet de séparer le sang et un autre fluide qui peuvent s'écouler suivant des trajets respectivement parallèles le long des faces correspondantes de la membrane qui les 30 isole l'un de l'autre. Il en résulte que le flux de sang peut être confiné dans les poches d'un :.;ême jeu (ici le jeu 24) alors que le flux de l'autre fluide peut être confiné dans les poches de l'autre jeu (ici le jeu 28). Lorsque l'élément 10 est un oxygénateur, comme représenté dans le présent exemple, l'autre fluide est de l'oxygène. 35 L'appareil suivant l'invention n'est cependant pas limité aux oxygè- nateurs et il peut être utilisé de façon aussi satisfaisante comme dyaliseur. Dans ce cas, l'autre fluide est un liquide dialyseur. Après avoir obturé les extrémités 12 et 14 de l'élément, on 69 04744 -4- 2003611 retire des poches les plaques rectangulaires de formage. On introduit alors dans chacune des poches à oxygène (les poches du jeu 28) un élément support 36 d'un premier type qui est constitué par un tamis intercalaire ayant sensiblemént la même longueur et la même 5 largeur qu'une poche et de section rectangulaire. Un élément support 38, d'un autre type qui est constitué par un tamis intercalaire de section rectangulaire ayant sensiblement la même largeur qu'une poche mais légèrement plus court est introduit dans chacune des poches à sang (les poches du jeu 24). jq le tamis intercalaire 36 comprend une portion supérieure 40, une portion inférieure 42, une portion médiane 66, des portions latérales opposées 44 et 46 et un dessus 48. Le tamis intercalaire 38 comprend une portion supérieure 50, une portion inférieure 52, des portions latérales opposées 54 et 56 et un dessus 58. La longueur 15 et la largeur de chacun des tamis intercalaires 38 sont sensiblement les mêmes que celles de la portion médiane 66. Chaque poche a la même longueur et la même largeur que les autres et comme représenté sur la fig. 2 qui représente l'intérieur d'une poche à sang, chacune des poches comprend une portion supérieure 60, une portion inférieure 20 opposée 62 et une portion médiane 64. Alors que chaque tamis intercalaire 36, s'étend sensiblement sur toute la longueur de la poche dans laquelle il est disposé, les tamis intercalaires 38 ont des dimensions telles qu'ils ne recouvrent que la portion médiane 64 de la poche correspondante et ne s'étendent ni dans la portion supérieu-25 re 60 ni dans la portion inférieure 62. Dans le mode de réalisation représenté, bien que l'épaisseur de chaque pèche (distance entre deux feuillets adjacents) soit avantageusement de 1mm environ, juste après leur formage, l'épaisseur de chaque tamis intercalaire 38 est de 0,5 mm environ; d'autre part l'épaisseur de la portion médiane 66 30 de chaque tamis-intercalaire 36 est de 1,5 mm environ alors que ses portions supérieure 40 et inférieure 42 ont sensiblement la même épaisseur qui est de 0,5 mm environ. Ainsi on peut dire que les tamis intercalaires 36 ont une portion centrale plus épaisse et des portions terminales plus minces. 35 Les tamis intercalaires 36 peuvent être constitués par un ré seau en fibre de verre recouvert d'une couche de vinyle insuffisamment épaisse pour obturer ses mailles. Les tamis intercalaires 38 sont avantageusement faits dans une matière plastique telle que du poly-éthylène de faible densité obtenu par extrusion. -s- 2003611 69 04744 Dans les poches 24A et 24E, les tamis intercalaires peuvent être remplacés par deux éléments rectangulaires rieidifiants 72 et 74 (fig. 4). Oes éléments ont avantageusement; 0,5 mm d'épaisseur environ et ils s'étendent sur toute la surface de la poche. Ils 5 peuvent être de toute construction appropriée par exemple en fibre de verre renforcée avec une matière plastique phénolique. Deux tubulures de structure avantageusement analogue, dont une seule est représentée sur les fig. 8 et 9» comprenant une tubulure 75 pour le sang et une tubulure 76 pour l'oxygène, sont montées 10 respectivement sur les côtés 18 et 20 de l'élément de diffusion. Chaque tubulure comporte deux réservoirs d'admission et d'évacuation 80 et 82 identiques disposés respectivement au sommet et à la base de l'élément et reliés par une portion médiane d'un seul tenant 84. Chaque réservoir d'admission 80 coopère avec un conduit ^5 d'admission 88 et comporte des organes d'admission alors que chaque réservoir d'évacuation 82 coopère avec un conduit d'évacuation 90 et comprend des organes d'évacuation. En outre, chaque tubulure comprend (I) deux parois parallèles antérieure et postérieure 78, dont les portions supérieure et inférieure opposées délimitent les 20 faces antérieure et postérieure des réservoirs et (2) des parois parallèles supérieure et inférieure 79, qui définissent respectivement le dessus et le :"ond des réservoirs 80 et 82. En outre, la portion médiane 84 de cha-ue tubulure comporte une surface plate rentrante 81 qui, avec les ptrois 78,78 et 79,79 définit une cham-05 bre ou x-uttière 83 dans laauelle s'adapte l'extrémité associée de la membrane repliée et pourvue des tamis intercalaires. Les dimensions des tubulures sont telles que les parois 78,78 viennent respectx".- ;ment en contact avec les faces antérieure et postérieure de la — rane repliée; que les parois 79,79 viennent en contact 3*0 avec les obturations étanches 30; et que ohaque surface plate 81 vient en contact tvec la oortion médiane du jeu de poches correspondant une fois l'éléaent de diffusion monté. A ce moment, toutes les surfaces adjacentes soi-t soudées ensemble, de préférence avec un. inp tériav. vulcani^aole a température ambiante pour souder la 35 caoutchouc de silicone qui constitue avaiitageusement les tubulures. Il en résulte que 1s face interne 81 de If tubulure 7? est soudée le Ion-: du côté 16 au;: plis qui définisse*11 les poches 26k, 28B, 280 et 281*, et obture la portion médiane des ouvertures des coches du jeu 24 orientées vers le coté 18, lai-sant les portions 40 d'extrémité supérieure et inférieure 60 et fi2 de ces poches en 69 04744 -6- 2003611 communication directe avec les réservoirs 80 et 82 de la tubulure 75. De la même façon, la face interne 81 de la tubulure 76 est soudée le long du côté 20 aux plis qui définissent les poches 24A, 24B, 24C, 24D et 24E et obture la portion médiane des ouvertures ^ des poches du jeu 28 orientés vers le côté 20, laissant les portions d'extrémité supérieure et inférieure 60 et 62 de ces poches en communication directe avec les réservoirs 80 et 82 de la tubulure 76. l'élément de diffusion illustré est destiné à augmenter et entretenir l'oxygénation du sang. A cet effet, les organes d'admis- 10 sion et d'évacuation du sang sont conçus de manière à pouvoir être reliés au système circulatoire du patient à traiter pour recevoir et renvoyer le sang, sans le secours d'une pompe auxiliaire, les différentes portions de chaque poche à sang sont agencées de manière que le sang puisse s'écouler dans le sens des flèches de la fig. 2, 15 du réservoir d'admission 80 qui communique avec l'ouverture ou extrémité amont de chaque poche à sang, le long de la portion supérieure 60 de cette poche, vers la portion inférieure 62 pour sortir par le réservoir 82 qui communique avec l'extrémité aval ou ouverture de la poche, la tubulure à oxygène 76 et les poches à oxygène 20 (poches du jeu 28) peuvent être agencées de manière que le sens d'écoulement soit identique dans ces poches. Cependant, lorsque l'élément de diffusion est utilisé comme dialyseur, il est- préférable que l'écoulement du sang et du liquide dialyseur s'effectue à contre-courant. 25 Comme représenté sur la fig. 4, les faces opposées de chaque tamis intercalaire sont en contact avec le feuillet de membrane adjacent. Cet agencement permet la formation de deux passages opposés plus larges ouverts à leurs extrémités, qui corresponde:.1; aux portions supérieures et inférieures 60 et 62 des poches à sang. Les ouvertures jq de ces passages sont en communication directe avec les organes d'admission et d'évacuation de la tubulure 75. Ces passages ont environ 1,5 mm d'épaisseur et sont disposés en haut et en bas de l'élément de diffusion, d'un côté à l'autre des obturations étanches 30. Ces passages n'opposent sensiblement pas de résistance au flux de 35 sorte que le sang qui pénètre dans l'élément diffusion s'écoule rapidement dans la partie supérieure de toutês les poches à sang et sort des poches sans encombre. La profondeur de la portion médiane 64 de chaque poche à sang est limitée à 0,5mm environ qui est l'épais- BAD ORIGINAL 69 04744 -7- 2003611 seur de son tamis intercalaire 38 contre lequel les feuillets adjacents de la membrane sont appliqués par les portions médianes 66 des tamis intercalaires adjacents 56. Il en résulte que le sang s'étale en une pellicule très mince ce qui provoque une oxygé-5 nation excessivement rapide du sang, l'oxygénation étant fonction de l'épaisseur de la pellicule. L'élément de diffusion permet ainsi une oxygénation voisine du maximum avec des feuillets de membrane d'une surface totale minimale dans les portions médianes 64 des poches, en même temps que 10 le sang qui est introduit sous la pression sanguine du patient est évacué de façon satisfaisante. Une telle surface traitante ne - suffit cependant pas à éliminer tout le 002 contenu dans le sang veineux normal. La surface additionnelle nécessaire à l'élimination totale du 002 est assurée par les extrémités des feuillets de 15 membrane qui définissent les portions 60 et 62 des poches à sang. Dans un élément de diffusion efficace, les passages 60 et 62 des poches à sang doivent constituer une surface d'échange au moins égale à 15$ de la surface totale d'échange des portions de l'appareil où le sang est étalé en une mince pellicule. 20 Dans les poches à oxygène adjacentes aux passages pour le sang, une pluralité de canaux 92 (fig. 4) allant d'un côté à l'autre de l'appareil parallèlement aux passages poux le sang, sont formés en avant et en arrière des portions 40 et 42 des tamis intercalaires du fait de l'épaisseur de ces tamis et de l'écartement des feuillets 25 dont les bords supérieurs et inférieurs sont ancrés de façon fixe. Les canaux 92 qui communiquent respectivement avec les réservoirs d'admission et d'évacuation d'oxygène 80 et 82 constituent des passages d'entrée et de sortie commodes pour les poches à oxygène. La présente invention permet ainsi d'obtenir une grande effi-30 cacité d'oxygénation et de dialyse du sang au moyen d'un appareil dont la fabrication est beaucoup moins onéreuse que celle d'un appareil classique, ce dernier point étant également très important. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée à l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes 35 accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de 1'invention! 69 04744 -8- 2003611 - REVENDICATIONS - 1.- Elément de diffusion gui comprend : une structure ou membrane sélectivement perméable stratifiée constituant un premier et un deuxième jeu de poches s'ouvrant de côtés opposés qui définissent deux jeux de trajets d'écoulement parallèles le long 5 des faces correspondantes de la structure ; des organes d'admission et des organes d'évacuation associés à chacun des jeux de trajets parallèles pour introduire èt évacuer deux fluides séparés l'un de l'autre par ladite structure, ledit élément de diffusion étant caractérisé en ce qu'un support rigide est disposé 10 dans chaque poche pour provoquer l'étalement des fluides de..ma-nière à favoriser au maximum le contact desdits fluides avec ladite structure. 2.- Elément de diffusion suivant 1 dans lequel des organes d'admission et d'évacuation comprennent un réservoir d'entrée et 15 un réservoir de sortie, les extrémités amont et aval des trajets de chaque jeu étant adjacentes aux réservoirs correspondants de manière à communiquer directement avec lesdits réservoirs. 3.- Elément suivant 1 dans lequel chaque poche d'un jeu comporte une portion médiane prévue pour l'étalement d'un flux de 20 fluide corporel, un passage d'admission avec une ouverture amont et un passage d'évacuation avec une ouverture aval, lesdits passages communiquant avec la portion médiane et assurant un écoulement parallèle du fluide suivant le trajet perpendiculaire au trajet d'écoulement dans ladite portion médiane. 25 4-.- Elément suivant 3 dans lequel des organes obturent les portions médianes des poches du jeu précité entre les ouvertures amont et aval pour confiner l'écoulement dans chaque poche dudit jeu à un trajet compris entre les organes d'admission et les organes d'évacuation correspondants. 30 5» Elément suivant 4 dans lequel les organes d'admission et d'é vacuation du fluide comprennent deux réservoirs d'admission et d'évacuation du sang séparés l'un de l'autre par un élément d'obturation faisant corps avec lesdits réservoirs et disposé contre la portion médiane des poches pour les obturer. 35 6. Elément suivant 3 dans lequel les poches du jeu précité comportent des côtés opposés et les organes d'admission et d'évacuation forment.une tubulure définissant une gouttière aux deux extrémités de laquelle les réservoirs précités sont disposés et dans laquelle l'un des côtés des poches est enfoncé pour obturer 40 les poches dudit jeu entre les orifices d'admission et d'évacuation. 69 04744 -9- 2003611 7•- Elément suivant l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les supports disposés dans les poch.es du premier jeu sont constitués par des premiers intercalaires s'étendant sur toute la surface des poches tandis eue les supports dis-5 posés dans les poches du deuxième jeu sont constitués par des deuxièmes intercalaires ne s'étendant que dans la portion médiane des poches de manière à définir deux passages libres dans les extrémités d'admission et d'évacuation des poches du deuxième jeu 8.- Elément suivant dans lequel les deuxièmes intercalaires 10 ont une épaisseur sensiblement uniforme et ont leurs faces opposées en contact avec les feuillets de membrane adjacente, chacun des premiers intercalaires comportant une portion médiane plus épaisse et des portions terminales plus minces, les portions médiane et terminale desdits intercalaires ayant leurs faces op- 15 posées en contact avec les feuillets de membrane adjacents pour former les passages précités. 9.- Procédé pour diffuser sélectivement par rapport à un fluide corporel un premier et un deuxième matériau à travers une membrane, ledit procédé consistant : - à faire circuler le fluide 20 corporel suivant un premier trajet ; - à faire circuler, un deuxième fluide dialyseur suivant un deuxième trajet adjacent au premier ; - à diffuser principalement le premier matériau à travers la membrane à des portions prédéterminées du premier trajet; et à diffuser principalement le deuxième matériau à travers la 25 membrane à une autre portion du premier trajet. 10.- Procédé suivant 9 dans lequel les portions prédéterminées du premier trajet sont au moins l'une des extrémités amont et aval dudit trajet, l'autre portion étant située à mi-chemin desdites portions amont et aval. 50 11.- Procédé suivant 9 dans lequel le fluide corporel circule -ifrâce à la pression du corps du patient dont on traite le fluide. 12.- Procédé suivant 9, dans lequel pour faire circuler le fluide corporel et l'autre fluide on les sépare en un premier jeu de couches parallèles de fluide corporel et en un deuxième jeu de 35 couches parallèles de fluide dialyseur, lesdites couches de fluides dialyseur entourant les couches de fluide corporel. 13. Procédé suivant 9 dans lequel l'étape essentielle de difiisdon 69 04744 -10- 2003611 du premier matériau provient de l'élargissement des extrémités amont et aval du premier trajet. 14 - Procédé suivant 13 dans lequel l'étape essentielle de diffusion du deuxième matériau provient de l'étalement du fluide corporel 5 en une pellicule. 15 - Oxygénateur de sang du type qui comprend une membrane sélectivement perméable à l'oxygène et à l'anhydride carbonique, des organes pour faire circuler le sang le long de l'une des faces de la membrane et des organes pour fournir de l'oxygène le long de l'autre 10 face de la membrane, ledit oxygénateur étant caractérisé en ce qu'il comporte des organes disposés à un premier endroit le long dudit trajet pour favoriser la diffusion de l'oxygène à travers ladite membrane et des organes disposés à un autre endroit le long dudit trajet pour favoriser la diffusion de l'anhydride carbonique à 15 travers ladite membrane. 16 - Oxygénateur suivant 15 dans lequel les organes disposés au premier endroit cité comprennent un élément destiné à étaler le sang en une pellicule adjacente à la membrane. 17 - Oxygénateur suivant 15 dans lequel les organes disposés à l'autre 20 endroit cité comprennent des passages élargis pour le sang délimités par la membrane et offrant peu de résistance à l'écoulement du sang. 18 - Oxygénateur suivant 17 dans lequel les passages précités comprennent deux portions de membrane écartées définissant lesdits passages en amont et en aval de l'élément précité. 25 19 - Oxygénateur suivant 15 qui comprend en outre uno couche membraneuse sélectivement perméable à l'oxygène et à l'anhydride carbonique espacée de la membrane et définissant avec elle le trajet lécité, la membrane et la couche membraneuse ayant des premières portions qui comprennent les organes précités disposes au premier 30 endroit et des deuxièmes portions qui comprennent les organes précités disposés à l'autre endroit, les premières portions étant disposées plus près les unes des autres que l'intervalle séparant les deuxièmes portions. 20 - Oxygénateur suivant 19 qui comprend en outre des organes supports 35 extérieurs au trajet précité et définissant l'espacement entre la membrane et 1t couche membraneuse. 21 - Oxyrénateur suivant 20 dans lequel les organes supports com-prènnent au moins un élément support ayant une partie plus épaisse définissant l'espacement entre les premières portions et une partie -n- 2003611 69 04744 plus mince définissant l'espacement entre les deuxièmes portions.