Brevet FR2241732A1 — publié le 19750321

Btinventio-n concerne les valves de conlmande de la circule tion dtun fluide et, notamment, des valves pouvant assumer la fonction des valvules cardiaques. ta valve selon l'invention comprend un siege annulaire délimitant un conduit pour fluide, et un disque dont la forme, lorsqutil est considéré en plan, correspond à celle de la partie intérieure du siège en section transversale. Le disque pivote dans le siège, sur un axe transversal par rapport à ce dernier, d'une position dans laquelle il obture le conduit et vers cette position. L'axe divise le disque en des grande et petite parties opposées. Lorsqu'il est considéré suivant une coupe perpendiculaire à son axe, le disque présente une surface portante non symétrique par rapport à cet axe et son petit tronçon comporte un bord avant et son grand tronçon ,un bord arrière. La partie intérieure du siège converge normalement vers son axe et le disque, considéré en plan, est de forme elliptique. La forme de la surface portante est de préférence déterminée de manière que la masse du disque soit équilibrée sur l'axe de pivotement et cette forme implique q#ue la surface du disque soit concave. L'invemtion sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel la figure 1 est une coupe axiale d'une valve selon l'invention; les figures 2(a) et 2(b) sont des vues en plan de chacune des faces du disque de la valve selon ltinvention; la figure 3 est une coupe axiale d'une variante de valve selon l'invention; la figure 4 est une coupe axiale d'une autre variante de valve selon ltinvention; et la figure 5 est une coupe transversale dtun disque drune valve selon l'invention. La figure 1 représente une valve selon 11 invention comprenant un corps tubulaire 1 qui délimite un conduit 2 de forme tronconique renfermant un disque 3 de section approximativement elliptique lorsque la valve est fermée, comme représenté. 4 Le profil en section du disque 3 peut être obtenu à partir d'une ébauche délimitée par deux plans parallèles représentés en traits mixtes et par le conduit 2.Le disque du prototype de valve selon l'invention a été réalisé par élimination de matière d'une telle ébauche dans des zones sombres représentées sur les figures 2(a) et 2(b) qui sont des vues en plan du disque selon l'invention, l'une par ltextrémité divergente du conduit et l'autre par l'ex- trémité convergente. Cette mise en forme peut donner au disque une périphérie imparfaitement elliptique. Cependant, le disque peut toujours assurer l'étanchéité, comme représenté, si sa périphérie correspond exactement à celle de l'ébauche originale. te disque est monté dans le conduit 2 et pivote sur un axe 4 parallèle au petit axe de 11 ellipse. Cet axe 4 est espacé de l'extrémité convergente du conduit et du bord avant du disque lorsque le profil en section de ce-dernier est considéré. Par conséquent1 l'axe de pivotement divise le disque en deux petit et grand tronçons et, bien que le pivotement d'un tel disque vers une position d'obturation et hors de cette position ne puisse se produire dans un conduit cylindrique, ce mouvement peut avoir lieu dans le conduit conique représenté en raison de sa forme convergente et de la forme adaptée du disque. Lorsqutun fluide circule normalement dans le conduit 2 dans le sens de la flèche 5, le décalage de l'axe 4 par rapport au petit axe du disque provoque une différence de pression qui applique un moment ou couple tendant à faire tourner le disque sur son axe dans le sens des aiguilles d'une montre et à ouvrir ainsi la valve. te grand tronçon du disque,situé au-dessous de l'axe 4, peut se déplacer vers le tronçon divergent du conduit 2 et permet donc la rotation du disque.Lorsque la valve s'ouvre et que le fluide circule, ce moment de rotation, dA initialement à la 'pression du fluide, staccroft sous les effets de tralnée et de poussée. te profil en section du disque permet cette poussée, car il doit ttre d'une forme telle que le centre d'application des forces dynamiques du fluide soit toujours positionné convena blement par rapport au pivot pour que la poussée (orientée vers le haut sur la figure 1) facilite l'ouverture de la valve à tout moment de la rotation du disque.Ce dernier peut donc approcher ou prendre une position d'alignement avec la direction d'écoulement du fluide (c'est-à-dire une position horizontale sur la figure i), dans laquelle le profil en section du disque offre peu dtoppositiòn à l'écoulement. Si le-sens de circulation du fluide est inversé, le profil en section du disque est tel qu'une poussée de sens opposé à celui de la poussée précédente s'exerce sur un centre de pression situé du m#me cEté que le précédent par rapport à l'axe de pivo tement et provoque une rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre du disque. L'effet de traînée facilite progressivement cette rotation du disque vers sa position d'obturation. lorsque la circulation est interrompue, les différences des pressionshydrostatiquesexercées sur les faces du disque et dont le moment fini de la résultante est appliqué sur l'axe décalé de pivotement, font entrer hermétiquement en contact les bords du disque sur la paroi du conduit. Par conséquent, par un mouvement opposé à son mouvement d'ouverture, la valve se ferme et emp#- chue tout écoulement de retour. Bien que la valve décrite ci-dessus convienne à de nombreuses applications, ses dimensions lui interdisent d'être utilisée comme prothèse de valvule cardiaque. Cependant,en ne considérant que le tronçon longitudinal entourant le disque, la valve représentée constitue le type de base d'une prothèse de valvule cardiaque. La figure 3 représente une valve semblable à celle représentée sur la figure 1 mais dont la longueur a été diminuée. le bord intérieur du siège annulaire 6 est arrondi longitudinalo- ment afin d'opposer peu de résistance à l'écoulement et son bord extérieur comporte une gorge circonférentielle destinée à la fixation d'un anneau 7 de suture. La valve représentée sur la figure 3 est normalement de forme générale elliptique et elle convient notamment pour une prothèse de valvule mitrale, car l'emplacement naturel de cette dernière est approximativement de forme elliptique. le rapport de l'axe majeur à l'axe -mineur de cet emplacement est de li à 1,3 et une forme elliptique de mêmes proportions peut etre donnée à la valve selon l'invention lorsque le siège annulaire est réalisé dans le conduit conique sous une inclinaison d'environ 450 sur l'ase longitudinal de-ce conduit. Bien que la meme valve convienne également à d'autres prcthèses de valvule cardiaque, il est préférable que sa forme soit modifiée si elle doit être utilisée comme prothèse de l'autre valvule importante, à savoir de la valvule aortique, car ltem- placement de cette dernière est approximativement circulaire. La réalisation d'une valve de forme circulaire à partir de la valve représentée sur la figure 1 implique la considération d'une coupe transversale approximativement perpendiculaire pour que le disque soit entouré étroitement. Ainsi5 dans la mesure où la longueur de la valve voulue est faible par rapport à son diamètre extérieur, l'inclinaison du disque sur des plans perpendiculaires à l'axe du siège n'est pas importante lorsque la valve est fermée. Il en résulte que l'angle de divergence du c8ne délimité par le siège doit titre faible.Ces conditions conduisent à une situation dans laquelle une prothèse de valvule aortique réalisée à partir de la valve représentée sur la figure 1 peut impliquer la disposition du disque dans le siège pour que l'obturation s'effectue au moyen d'un joint disposé sur une interface limitée#,approxxmativement parallèle à l'axe longitudinal de la valve. le siège est à peu près cylindrique et ses génératrices coupent le plan du disque sous des angles très différents de 900. les tolérances permises au disque pour s'ouvrir de la manière voulue sont donc très faibles et il peut être difficile de les maintenir lors de la fabrication de valves en quantités importantes. Dans ce cas, il est sovlaitable d'adopter un siège de valve de forme modifiée et dont la surface intérieure est dérivée d'un hyperbolo#de. La figure 4 représente un siège 8 dériVé d'un kyperboloide 9 (traits mixtes). -le disque 3, normalement elliptique, est de nouveau incliné sur l'axe longitudinal de la valve. Il présente, en section, un profil d'aile et il pivote sur un axe décalé 4, comme précédemment.Cependant, à la diffé rence de la valve représentée sur la figure 3, le disque de la valve représentée sur la figure 4 est conçu pour inscrire un petit angle avec la section droite du conduit en forme d'hyperbo- lo#de lorsqu'il obture ce dernier tout on coupant les génératrices du conduit sous des angles très différents de 900 à la plus grande partie de sa périphérie. les tolérances permettant la rotation du disque dans le conduit peuvent donc être relativement grandes.En conséquence, le disque peut théoriquement wetre disposé dans l'étranglement d'un conduit en forme d'7nyperboloSde de manière que ses grand et petit tronçons, situés de part et dtau- tre de son axe de pivotement, quittent leur position de fermeture dans des zones divergentes du conduit. Cependant, il en résulte de grandes difficuliés de fabrication. De même, la réalisation d'am conduit à partir dlun hyperboloide donne à la périphérie intérieure du siège un arrondissement longitudinal et un profil hydrodynamique. Quelle que soit sa forme, lorsque la valve selon l'inven- tien est utilisée comme prothèse de valvule cardiaque, elle doit être réalisée dans des matières convenant médicalement et mécaniquement. il est souhaitable que le siège et le disque soient réalisés en carbone vitreux ou dans un substrat tel que le graphite revêtu de carbone pyrolitique. il est évident que d'autres matières peuvent ebte utilisées. La valve selon l'invention présente de nombreux avantages lorsqu'elle est utilisée comme prothèse de valvule cardiaque. Il existe de nombreux types de valves antérieures destinés à ces prothèses, mais celles-dont la fabrication convient le mieux aux matières anti-thromtogènes et de durée de vie importante (ces matières étant rigides) présentent de nombreux défauts parmi lesquels une tendance à favoriser la formation de thrombus et d'hémolyse, probablement par suite de la présence de zones de stagnation et de régions à basse pression en aval de la valve ou de son siège, la nécessité d'appliquer une pression d'ouverture excessive, un mouvement lent d'ouverture dû à l'inertie et entraînant une augmentation du travail devant autre fourni par le coeur, une résistance excessive à l'écoulement associée à une dimension insuffisante ou une forme défavorable de l'orifice dans lequel le fluide s'écoule, et une fermeture lente ou imparfaite pouvant entraîner une régurgitation. la valve selon l'in- vention et ses variantes réduisent au moins ces défauts. Les qualités principales de la valve selon l'invention sont dues au fait que les parois du conduit sont lisses, continues, et qu'aucun organe, susceptible de provoquer une stase nuisible ou une perte de pression en aval, ne dépasse dans ses parois, et également au fait que l'élément mobile ou disque est conçu pour offrir une faible résistance ou pour provoquer un faible remous dans l'écoulement lorsqu'il est totalement ouvert.Cependant, lorsqu'il est fermé ou partiellement fermé, le fluide exerce sur lui dtimporta-nte, forces mécaniques. les fo:#c-es engendrées par un écoulement vers l'avant ou à un gradient de pression tendent à ouvrir rapidement et complètement la valve. les forces dues à un écoulement vers l'arrière ou à un gradient de pression tendent à fermer rapidement et complète#oeft la valve. la pression nécessaire à l'ouverture est faible,car la seule résistance que les différentes pressions agissant de part et d'autre de l'axe de pivotement doivent surmonter est celle due à l'inertie du disque, au frottement du fluide dans la partie voisine et au frottement du au pivotement.Il test pas nécessaire que la résistance à l'écoulement soit élevée, car le profil en aile facilite l'écoulement et il n1 est pas nécessaire que la forme régulière du conduit soit modifiée par la réalisation d'évidements facilitant la rotation du disque ou de bossages assurant l'étanchéité lorsque la valve est fermée. Le sens normal d'écou- lement dans la valve est dirigé vers l'extrémité divergente du conduit et entratne une augmentation de pression et, par consequent, une diminution des risques de perte d'oxygène ou d'autres gaz dissous. Enfin, la fermeture n'est pas freinée ou lente, car l'inertie de la partie mobile peut être faible et le couple qui lui est exercé est grand. L'obturation est satisfaisante, car la zone de contact entre le disque et le conduit est continue et peut être étendue, c'est-à-dire que cette zone n'est pas constituée que d#1d#t ligne, mais d'une surface entre le disque et le siège. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent entre apportées à l'appareil décrit et representé sans sortir du cadre de l'invention et, notamment, cette valve peut Autre utilisée dans un appareil monté en dérivation avec le coeur,dans des appareils d'oxygénation du sang et dans d'autres appareils destinés au traitement de fluides corporels. La forme du siège peut être modifiée, de m#me que celle du disque fonction des qualités demandées et le bord avant de ce disque peut comporter un bossage 10 (figure 5) destiné à créer une turbulence REVENDICATIONS 1. Valve de commande de la circulation d'un fluide, caractérisée en ce quelle comporte un siège aLL > ulaire délimitant un conduit dans lequel un fluide circule, et un disque dont la forme, lorsqu'il est considéré en plan, correspond à celle de la partie radiale et intérieure, considérée en section transversale, siège, ce disque pivotant dans le siège pour prendre ou pour quitter une position dans laquelle il obture le conduit, le dis axe que pivotant autour d'un axe transversal par rapport au siège,cet/ divisant le disque en un petit et un grand tronçons, ce disque présentant en section un profil d'aile non symétrique et orientée dans une direction perpendiculaire à l'axe, le petit tronçon du disque comportant un bord avant et le grand tronçon,un-bord arrière. 2. Valve selon la revendication 1 caractérisée en ce que la partie intérieure et radiale du siège 'amincit longitudinale- ment, le disque étant de forme approximativement elliptique lorsqu'il est considéré en plan. 3. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie intérieure et radiale du siège est approximativement conique. 4. Valve selon la revendication 3, caractérisée en ce que les extrémités du conduit, situées aux extrémités de la valve, sont disposées dans des plans approximativement parallèles et inclinés sur l'axe longitudinal du c8ne délimité par ledit conduit, le disque étant disposé à peu près parallèlement à ces plans lorsqu'il obture le conduit. 5. yalve selon la revendication 4, caractérisé en ce que les plans sont inclinés d'environ 450 sur ltaxe longitudinal. 6. Valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie intérieure et radiale du siège est#pproximativement en forme d'hyperboîo#de. 7. Valve selon la revendication 6, caractérisée en ce que les extrémités du conduit, situées aux extrémités de la valve, sont placées dans des plans approximativement parallèles et perpendiculaires à l'axe longitudinal de lthyperboloide suivant lequel ce conduit est réalisé, le disque étant à peu près parallèle à ces plans lorsqu'il ferme le conduit. 8. Valve selonrltune quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa longueur est inférieure à son diamètre hors-tout et en ce qu'elle est entourée d'un anneau de suture. 9. Valve selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée en ce que la masse du disque est approximativement équilibrée autour de son axe de pivotement. 10. Valve selon la revendication 2 et l'une quelconque des revendications rattachées à cette dernière, caractérisée en ce que la forme en aile du disque est telle que ce dernier présente une forme concave orientée vers l'extrémité étroite de la partie radiale et intérieure du siège lorsque le disque est en position de fermeture.