Brevet FR2368963A1 — publié le 19780526

La présente invention concerne un appareil pour effectuer des hémodialyses avec un débit d'ultrafiltration déterminé. On sait que, au cours d'une séance d'hémodialyse, des quantités d'eau déterminées doivent etre soustraites par ultrafiltration pour éviter notamment une hypertension du patient. Pour obtenir un débit d'ultrafiltration déterminé, on règle la pression du liquide de dialyse dans le compartiment correspondant du dialyseur à une valeur suffisamment basse par rapport à la pression du sang pour que l'ultrafiltration se produise avec le débit voulu. Cependant, le débit d'ultraS ration réel peut différer assez sensiblement du débit souhaité à cause, d'une part, des variations des paramètres agissant sur l'ultrafiltration, notamment des pressions de part et d'sutre de la membrane et, d'autre part de la dispersion des caractéristiques de la membrane. Or cette dispersion est très importante avec les membranes à haute perméabilité utilisées actuellement qui ont l'avantage de réduire la durée des séances d'hémodialyse et de permettre la dialyse des molécules moyennes, causes de polynévrite. L'invention vise un appareil d'hémodialyse assurant un réglage précis du débit d'ultrafiltration quelles que soient les variations des paramètres agissant sur ce débit et la dispersion des caractéristiques de la membrane de dialyse. En conséquence, l'invention a pour objet un appareil d'hémodialyse du type comprenant un dialyseur ayant un premier compartiment destiné au sang à épurer et un second compartimen -tiné au liquide de dialyse, ces compartiments étant séparés membrane de dialyse permettant l'ultrafiltration du sang, ledit second compartiment faisant partiez'un circuit où circule le liquide de dialyse, cet appareil étant caractérisé par le fait qu'il comprend, d'une part, une pompe d'entrée volumétrique pour alimenter le circuit en liquide de dialyse frais et une pompe de sortie volumétrique pour évacuer du circuit le liquide usé, les deux pompes ayant le même débit, d'autre part, sur ledit circuit, une perte de charge réglable, une pompe d'élévation de pression et un régulateur de pression réglé pour laisser sortir da liquide lorsque la pression dans le circuit excède la pression correspondant à une ultrafiltration nulle, et enfin des moyens associés au régulateur pour mesurer la quantité de liquide évacuée par le régulateur. la pompe d'entrée et la pompe de sortie ayant le meme débit, le volume de liquide de dialyse présent dans le circuit est cons tant an l'absence d'ultrafiltration. Lorsqu'on règle la perte de charge pour qu'une ultrafiltration se produise, le volume d'ultrafiltrat vient s'ajouter au volume présent dans le circuit et la pression augmente.Cette augmentation de pression déclenche le régulateur qui laisse par conséquent s'échapper à l'extérieur une quantité de liquide égale à la quantité d 'ultrafiltrat. On mesure cette quantité et on la compare à la quantité d 'ultrafiltration désirée0 l'écart éventuel entre la quantité réelle et la quantité désirée est pris en compte pour corriger le réglage de la perte de charge, la correction visant bien entendu à annuler cet écart. Cette correction peut être effectuée manuellement, mais il est préférable de prévoir une correction automatique par asservis semant. Dans ce cas, l'organe de réglage de la perte de charge est relié à un dispositif détectant l'écart entre le débit d'ultrafiltration réel et le débit désiré. l'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en se référant au dessin annexé, sur lequel : la fig. 1 est un schéma par blocs de l'appareil d1hémodialy se selon l'invention - la. fig. 2 représente un montage assurant l'identité des débits des pompes d'entrée et de sortie, et - la fig. 3 représente de façon schématique un dispositif d'asservissement pour régler automatiquement la perte de charge à la valeur donnant le débit d'ultrafiltration désiré. l'appareil d'hémodialyse représenté à la figure 1 comprend un dialyseur d comprenant un compartiment 2 pour le sang à épurer et un compartiment 3 destiné au liquide de dialyse, les compartiments étant séparés par une membrane de dialyse. le sens de circulation du liquide est indiqué par les flèches. le dialyseur est alimenté en liquide de dialyse frais par une pompe volumétrique 10, et le liquide usé est rejeté à l'extérieur par une pompe volumétrique 20 de mEme débit que la pompe 10. les pompes 10 et 20 sont par exemple des pompes péristaltiques, et on décrira ci-après un mode de montage assurant l'égalité de leurs débits. le liquide aspiré par la pompe 10 est un liquide dégazé, de titre correct, obtenu à partir de l'eau du réseau qu'on adoucit et dans laquelle on dilue un concentré, et on n'a pas représenté les dispositifs correspondants qui sont classiques. On n'a pas représenté les moyens de chauffage permettant de porter le bain à la température convenable, qui peuvent se trouver soit en amont de l'appareil représenté, soit dans l'appareil, en amont du dialyseur 1. Entre la sortie du dialyseur 1 et l'aspiration de la pompe de sortie 20 sont montés une perte de charge réglable 21 commandée par un organe 40, une perte de charge constante 22, une pompe centrifuge 23 assurant une élévation de pression sensiblement constante, une cuve de dégazage 24 et un régulateur de pression 25, et un régulateur de pression 12 est monté en aval de la pompe 10 pour maintenir constante la pression de refoulement de cette pompe. Cette pression doit être légèrement supérieure à la pression maximale dans le compartiment 3 du dialyseur correspondant à une ultrafiltration nulle, de manière à compenser les pertes de charge dans le circuit. La perte de charge 21 permet de régler la pression dans le compartiment 3 à la valeur qui provoque l'ultrafiltration au débit souhaité. la perte de charge 22 provoque une chute de pression telle que la pression à la sortie de la pompe 23 permette le fonctionnement des organes situés en aval, c'est-à-dire-de la cuve de dégazage 24 et du régulateur de pression 25. Le régulateur de pression 25 agit pour maintenir à une valeur constante, égale à la pression de sortie du régulateur 12, la pression d'aspiration de la pompe de sortie 20. il s'agit par exemple d'une soupape qui s'ouvre lorsque la pression dép##asse la pression pour laquelle elle est tarée, et permet au liquide usé de s'échapper à l'extérieur. Comme les pompes 10 et 20 ont le mtme débit, le volume de liquide présent dans le circuit reste constant en l'absence d'ultrafiltration. lorsqu'on règle la perte de charge 21 pour un débit déterminé d'ultrafiltration, le volume de''liquide ultrafiltré s'ajoute au volume présent dans le circuit et la pression à la sortie de la pompe 23 augmente. Aette élévation de pression due à l'ultrafiltration provoque l'ouverture du régulateur 25, qui laisse s'échapper à l'extérieur une quantité de liquide égale à la quantité ultrafiltrée. De ce fait, on peut mesurer la quantité ou le débit de liquide ultrafiltré et comparer la valeur mesurée à la valeur désirée. La connaissance de l'écart entre ces deux valeurs permet de corriger le réglage de la perte de charge 21 en agissant sur l'organe de commande 40. Cette correction peut être manuelle, mais on préfère la réaliser automatiquement par asservissement, comme cela est schématisé sur la figure 1 où l'on voit que le liquide s'échappant par le régulateur 25 est recueilli dans une capacité 26 munie de moyens de détection de la quantité de liquide reliés à l'organe de commande 40 qui est alors un moteur. Un exemple de réalisation d'un tel asservissement sera décrit plus en détail ci-après. De façon avantageuse, des régulateurs de pression 11 et 28 sont montés respectivement en amont de la pompe d'entrée 10 et en aval de la pompe de sortie 20. Ces régulateurs sont réglés par rapport aux régulateurs, 12 et 25 pour que les pressions d'aspiration et de refoulement des pompes 10 et 20 soient égales. A titre d'exemple, ces pressions sont de l'ordre de 200 mmHg en valeur relative (au-dessus de la pression atmosphérique). il faut noter que les régulateurs 11 et 28 ne sont pas absolument indispensables dans tous les cas, mais ils régularisent le fonctionnement des pompes 10 et 20. Ils sont cependant indispensables lorsquton utilise des pompes péristaltiques comme dans la réalisation décrite ci-après. le circuit comprend en outre une électro-vnnne 27, montée en parallèle sur la pompe 20, qui n'est ouverte que lors de la stérilisation et du rinçage de l'appareil. Au cours de ces opérations, en'effet, une différence entre les débits des pompes 10 et 20, méme très faible, conduirait à des pressions anormales. L'électrovanne 27 étant ouverte pendant la stérilisation et le rinçage, les pressions en-aval et en amont de la pompe 20 s'équilibrent, ce qui évite tout incident. En ce qui concerne la plage de fonctionnement de la perte de charge réglable 21, on peut indiquer ceci. La pression d'ultrafiltration Pu est égale à la pression sanguine Ps augmentée de la pression Po, somme de la pression osmoti que et de la pression oncotique entre sang et liquide de dialyses et diminuée de la pression P3 dans le compartiment 3 :: Pu = P5 + Po - PB La valeur maximale de la somme s + Po est de tordre de 200 mmFg, et la pression PB doit pouvoir varier de la valeur pour laquelle l'ultrafiltration est nulle (P3 = + 200 mm Hg) jusqu'à la pression pour laquelle l'ultraSiltration est maximale avec le dialyseur le moins perméable, soit P3 = -400 mm On a donc - 400 4 Pg 4 + 200 La perte de charge 21 doit donc posséder une plage de réglage de O à 600 mm Hg. Cette perte de charge doit avoir un réglage très progressif et permettre une variation linéaire de la chute de pression par rapport au paramètre de commande, étant donné que le débit d'ultrafiltration qui détermine ce paramètre est sensiblement proportion nel à la pression d'ultrafiltration Pu On pourra utiliser à cet effet un dispositif à vis (non représenté), l'enfoncement de la vis dans un cylindre déterminant l'importance de la perte de charge. En ce qui concerne la pompe centrifuge 23, il faut que l'élévation de pression h qu'elle produit soit pratiquement invariable quel que soit le réglage de la perte de charge. Pour cela, on fait fonctionner la pompe 23 dans la partie rectiligne de sa caractéristique pression / débit, c'est-à-dire avec une élévation de pression h la plus élevée possible. En ce qui concerne la cuve de dégazage 24, on peut utiliser de façon classique une cuve équipée d'un flotteur qui peut#décou- vrir ou obturer une mise à l'air libre suivant le niveau du liquide dans la cuve. Ce dégazage permet en particulier de neutraliser 11 effet d'une entrée d'air éventuelle dans le compartiment 3 du dialyseur. le liquide traversant la pompe 20 étant dégazé, le débit de la pompe 20 est un débit de liquide, et l'égalité des débits des pompes 10 et 2D correspond bien dans ces conditions à l'égalité des quantités de liquide de dialyse. On a représenté à la figure 2 un exemple de dispositif de pompage, comprenant la pompe d'entrée et la pompe de sortie, qui assure l'égalité des débits. L'ensemble du circuit compris entre les pompes 10 et 20 sur la figure 1 est ici symbolisé par le seul dialyseur 1, les flèches indiquant le sens de circulation du liquide. Le dispositif comprend deux pompes péristaltiques 30a et 30b dont les pressions d'entrée et de sortie sont rendues identiques gracie aux r0tulateurs de pression déjà décrits en référence à la figure 1, seuls les régulateurs Il à l'entrée et 26 à la sortie étant représentés sur la figure 2. Les pompes 30a et 30b sont en principe identiques, mais en réalité elles peuvent différer légèrement du fait des tolérances de fabrication inévitables, même si les vitesses d'entraînement ont été rendues rigoureusement identiques en montant les deux pompes sur un axe unique. L'écart des débits peut provoquer une erreur excessive comparée à l'ultrafiltration. Pour annuler cette cause d'erreur, on permute périodiquement les fonctions des pompes 30a et 30b, les pompes 30a et 30b fonctionnant alternativement comme pompe d'entrée et pompe de sortie. Si l'écart des débits est #v, l'erreur en fin de dialyse sera au plus de #v/n, n étant le nombre de permutations. En pratique, l'erreur est négligeable si n > 20, et Si la dialyse dure 3 heures, on effectuera la permutation an moins toutes les 9 minutes, de préférence toutes les 6 minutes. Pour permettre cette permutation, le dispositif comprend les organes d'obturation ,@ - 38 interposés entre les pompes 30a, 30b et, d'une part l'entrée et la sortie du circuit (régulateurs 11 et 26) et, d'autre part, l'entrée et la sortie du dialyseur 1. Dans l'état d'obturation représenté, les organes à numéro de référence impair 31, 33, 35, 37 sont ouverts et les organes à numéro de référence pair 32, 340 36, 38 sont fermés. On volt sur la figure 2 que, dans cette position, la pompe 30a fonctionne comme pompe d'entrée 10 et la pompe 906 comme pompe de sortie 20. Ensuite, l'inversion de l'état d'obturation des organes inverse les fonctions des pompes 30a et 30#. On va maintenant décrire, en référence à la figure 3, un exemple de dispositif d'asservissement permettant une correction automatique du réglage de la perte de charge 21 en fonction de l'écart entre le débit d'ultrafiltration mesuré et le débit désiré. le débit considéré n' est pas le débit instantané, car celuici est trop faible (entre O et 20 cm /mn) pour être mesuré avec une précision suffisante, mais is débit moyen sur une période donnée, par exemple, 1 minute. A l'entrée de ce dispositif, le régulateur de pression 25 laisse échapper une quantité de liquide égale à la quantité ultrafiltrée. le liquide est recueilli dans une capacité 41 reliée par un tube 42 à une capacité 43. Une pompe volumétrique 44, par exemple une pompe péristaltique, extrait du liquide de la capacité 43 avec un débit égal au débit d'ultrafiltration désiré, et refoule le liquide dans la capacité graduée 45. Dans le tube 42, on repère un niveau de consigne au moyen d'un capteur, par exemple un dispositif optoélectronique comprenant une source 46 et un photodétecteur 47 dont le signal de sortie peut prendre des valeurs différentes suivant que le niveau du liquide est supérieur ou inférieur au niveau de consigne. Le signal de sortie du photodétecteur 47 est envoyé au moteur 40, qui commande le réglage de la perte de charge 21, avec une périodicité déterminée, par exemple toutes les minutes. Si le niveau du liquide est inférieur au niveau de consigne, la correction provoque une augmentation de l'ultrafiltration et s'il est supérieur, la correction provoque au contraire une diminu- tion de l'ultrafiltration. le réglage de la perte de charge 21 est ainsi corrigé pour que le niveau de liquide reste le plus près possible du niveau de consigne, c'est-à-dire pour que le débit d'ultrafiltration réel égale le débit désiré. Bien entendu, au lieu d'effectuer l'asservissement à partir du débit moyen, on peut le faire à partir de la quantité totale ultrafiltrée au moyen de dispositifs adaptés. Une variante avantageuse par rapport à l'appareil schématisé à la figure I consiste à recycler partiellement le liquide de dialyse en reliant par une canalisation la sortie de la cuve de dégazage 24 à la sortie de la pompe 10. il est essentiel dans ce cas de fixer le débit de la pompe centrifuge 23, et pour cela on prévoit un régulateur de pression entre la sortie du dialyseur et entrée de la pompe 23, dont la pression de sortie est régulée par le régulateur 25. Dans ce cas, le régulateur 12 de l'appareil de la figure 1 est supprimé et la perte de charge réglable est montée en amont du dialyseur et non plus en aval. Le recyclage permet une économie sur le liquide de dialyse (en eau, en concentré, en énergie), une réduction de la puissance installée, un débit important dans le dialyseur qui favorise la dialyse, et donne la possibilité de modifier le taux de renouvellement du bain. RE VEND I C AT ION S 1. Appareil d'hémodialyse du type comprenant un dialyseur ayant un premier compartiment destiné au sang à épurer et un second compartiment destiné au liquide de dialyse, ces compartiments étant séparés par une membrane de dialyse permettant l'ultrafiltration du sang, le dit second compartiment faisant partie d'un circuit où circule le liquide de dialyse, caractérisé par le fait qu'il comprend, d'une part, une pompe d'entrée volumétrique pour alimenter le circuit en liquide de dialyse frais et une pompe de sortie volumétrique pour évacuer du circuit le liquide usé, les deux pompes ayant le méme débit, d'autre part, sur le dit circuit, une perte de charge réglable, une pompe d'élévation de pression et un premier régulateur de pression réglé pour laisser sortir du liquide lorsque la pression dans le circuit excède la pression correspondant à une ultrafiltration nulle, et enfin des moyens associés au régulateur pour mesurer la quantité de liquide évacuée par le régulateur. 2.- Appareil selon la revendication 1, dans lequel une cuve de dégazage est montée en aval de la pompe d'éldvation de pression et en amont du régulateur de pression. 3.- Appareil selon la revendication 2, dans lequel la perte de charge réglable est montée entre le dialyseur et la pompe d'élévation de pression, et un second régulateur de pression, réglé à la meme pression que le premier, est monts en aval de la pompe d'entrée. 4.- Appareil selon la revendication 2, dans lequel une canalisation de recyclage relie la sortie de la cuve de dégazage à la sortie de la.1ri#mpe d'entrée, la perte de charge réglable est montée en amont du dialyseur et un second régulateur de pression est monté entre la sortie du dialyseur et la pompe d'élévation de pression. 5.- Appareil selon la revendication 1, dans lequel des régulateurs de pression sont montés respectivement en amont de la pompe d'entrée et en aval de la pompe de sortie, ces régulateurs étant réglés pour la même pression que le premier régulateur. 6.- Appareil selon la revendication 1, dans lequel la perte de charge réglable est commandée par un moteur lui-mEme commandé par des signaux émis par un dispositif détectant l'écart entre la quantité de liquide mesurée et une quantité de consigne. 7.- Appareil selon la revendication 1, dans lequel les pompes d'entrée et de sortie sont constituées par deux pompes identiques entraînées à la m#me vitesse et reliées chacune par des canalisations obturable%, d'une part à l'entrée et à la sortie du circuit, d'autre part à l'entrée et à la sortie du dialyseur, l'état d'obturation des canalisations à un moment donné étant tel que l'une des pompes fonctionne comme pompe d'entrée et l'autre comme pompe de sortie, cet état d'obturation s'inversant de façon périodique.