Brevet FR2460718A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne un dispositif de centrifugation dont la configuration en deux parties permet une séparation des globules rouges du liquide sanguin. On connaît dans l'art antérieur des centrifugeuses assurant la séparation des composants du sang, dans lesquelles le bol centrifugeur peut être réutilisé et comporte un réseau relativement complexe de canaux ou de gorges et de tubes rendant le dispositif onéreux et difficile à nettoyer et à stériliser après chaque utilisation. La présente invention permet de réaliser un dispositif de centrifu- gation amélioré à utiliser avec les dispositifs de séparation de cellules sanguines du type présenté par exemple dans le brevet des E.U.A. NO 3 489 145. Dans cet agencement de l'art antérieur, un élément centrifugeur massif est utilisé et comporte des canaux appropriés obtenus en fonderie ou usinés dans la masse, et on ne prévoit pas l'utilisation de sacs réuti- lisables. De tels sacs ne requérant pas d'éléments de support à canaux sont présentés dans les brevets NO 73 01493 et 76 29490 déposés en France par la demanderesse les 9 janvier 1973 et 22 septembre 1976, respectivement. Cependant, ces agencements ne sont pas aussi efficaces et d'une fabrication aussi économique que celui de la présente invention. Aucun de ces ensembles de l'art antérieur ne présente un ensemble centri- fugeur formé d'un élément central rigide, massif et réutilisable présentant un canal de forme appropriée pour recevoir un tube jetable réalisé en un matériau semi-rigide et muni de raccordements hydrauliques appropriés à ses extrémités. Le brevet des E.U.A. No 4 010 894 présente également un récipient centrifugeur pouvant être utilisé pour la sépa- ration de plaquettes sanguines en deux étapes, mais on a constaté que le dispositif de la présente invention permet un rendement beaucoup plus élevé. Le brevet NO 78 26227 déposé en France par la demanderesse le 8 sep- tembre 1978 présente une centrifugeuse comprenant un récipient comportant une partie circulaire et une partie en spirale, mais dont la géométrie ne correspond pas précisément à celle de l'ensemble de la présente invention. Un objet général de la présente invention est de réaliser un ensemble rotor amélioré pour centrifugeuse. Un autre objet de la présente invention est de fournir un ensemble rotor amélioré utilisant un récipient jetable pour centrifuger le sang afin de séparer les différentes parties le constituant. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un ensemble rotor amélioré et un récipient associé pour centrifuger le sang, l'en- 24 60 718 semble formé du rotor et du récipient associés devant être simple et économique à fabriquer et le récipient devant être jetable après une seule utilisation. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif de centrifugation du sang amélioré, plus particulièrement approprié pour une séparation efficace des plaquettes sanguines en deux étapes. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. En résumé, le dispositif amélioré de la présente invention comprend un ensemble rotor formé dans une première réalisation d'un bol centri- fugeur et d'un élément central ou de remplissage qui peut être retiré du bol. Un canal dont l'extrémité haute est ouverte, de section pratiquement rectangulaire, est usiné, moulé en fonderie ou formé de toute autre façon dans l'élément de remplissage. Le canal présente une première partie circulaire orientée radialement vers l'intérieur. Cette première partie s'étend sur une première distance angulaire de l'ordre de 150 par exemple, mesurée depuis l'extrémité du canal se trouvant le plus près du centre. La partie extrême de la première partie du canal se termine à l'entrée de la partie de transition. Une courte partie de transition raccorde l'extrémité de la première partie au début de la deuxième partie en spirale du canal, le début de cette deuxième partie du canal étant située à une distance radiale du centre inférieure au rayon final de la première partie du canal. La partie de transition présente une deuxième partie incurvée s'étendant sur une distance angulaire de 240, qui est orientée radia- lement vers l'intérieur et dont la largeur diminue rapidement pour devenir égale à celle de la deuxième partie en spirale du canal. La deuxième partie en spirale est composée de plusieurs segments incurvés, de rayon croissant relativement à des centres décalés par rapport au centre vrai du bol. La partie en spirale est à rayon croissant vers l'extérieur et prend fin à proximité de la position angulaire occupée par le début de la partie circulaire du canal. On dispose dans le canal décrit ci-dessus un récipient de fluide formé d'un tube de section rectangulaire ou pratiquement rectangulaire, fermé à ses deux extrémités par un élément composé d'une chambre d'ad- mission et d'une chambre d'évacuation de fluide et de plusieurs raccordements de fluides ou tubes d'admission et d'évacuation. Ces tubes, associés à un joint rotatif approprié, permettent l'introduction du sang dans le l'extraction de solide et/ou dans l'extraction de liquide clarifié. L'invention a pour avantage que, dans des con- ditions de fonctionnement variables, la centrifugeuse est réglée à des paramètres de fonctionnement déterminés et que l'on obtient par suite un résultat optimal en ce sens que l'on obtient à la fois le maximum d'épaississement et le maxi- mum de clarification. En outre, grâce aux caractéristiques selon l'invention, on réalise la condition d'une automatisation du processus, de préférence commandée par ordinateur. Selon un mode d'exécution, les organes d'éva- cuation de liquide sont des canaux dirigés axialement, pré- vus sur le corps de la vis. Selon un autre mode d'exécution de l'invention, la centrifugeuse est caractérisée en ce que l'entraînement de la vis comporte un dispositif de détermination du couple, dispositif qui transforme les valeurs déterminées en signaux proportionnels du couple et applique ceux-ci au dispositif de commande et/ou de régulation de manière à régler la vitesse de rotation de l'enveloppe et celle de la vis et/ou à régler la quantité de suspension amenée par unité de temps. Des dispositifs de détermination de couple du genre mentionné sont supposés connus de l'homme du métier et peuvent être réalisés par des moyens électriques, hydrauli- ques ou mécaniques usuels dans le commerce. L'avantage de cette mesure est qu'il devient possible de régler de façon optimale et entièrement automa- tique des états de fonctionnement entre des limites définies. Il est ainsi possible d'automatiser le processus à l'aide de calculateurs électroniques industriels connus et usuels. Grâce à ce mode d'exécution particulier, on obtient un résul- tat étonnamment bon avec des conditions de fonctionnement économiquement avantageuses. Un autre mode d'exécution de l'invention est caractérisé en ce qu'à la suite de l'extraction de solide et/ou de l'extraction de liquide clarifié sont branchés des 24 60718 de matériaux. On trouve disposé dans le bol 1 un élément central ou de remplissage 3 qui peut être fabriqué en n'importe quel matériau approprié par moulage et/ou usinage. L'élément de remplissage 3 a des dimensions telles que lorsqu'il est en place dans le bol 1, il est disposé concentriquement par rapport à celui-ci. Il peut être maintenu en place sur un moyeu central ou par son bord extérieur ou grâce à plusieurs bossages ou tétons répartis. Un canal 5 qui sera décrit ultérieurement en détail, est usiné, moulé ou formé de tout autre façon dans la surface supérieure de l'élément de remplissage 3. L'élément de remplissage 3 comporte un trou ou ouverture centrale 7 qui reçoit les raccordements d'un récipient à fluide et qui sera décrit ultérieurement, ainsi qu'un joint rotatif 9. L'ouverture peut également être dimensionée de façon à s'adapter sur un moyeu central prévu dans le bol pour positionner et maintenir l'élément de remplissage en place avec précision. Le joint 9 peut être du type présenté dans le brevet des E.U.A. Né 3 489 145, par exemple. L'élément de remplissage 3 présente également plusieurs découpes radiales 11 ménagées dans la partie supérieure de l'élément, pour recevoir les raccordements ou tubes conduisant au récipient. Le récipient fluide est composé d'une certaine hauteur de tube en matière plastique semi-rigide 13, de préférence en chlorure de polyvinyle de qualité médicale, et de section pratiquement rectangulaire. Différentes sections sont prévues comme on le décrira ultérieurement. Le tube a la forme d'une spirale, comme on le voit sur la figure, chaque extrémité de celle-ci se raccordant au bloc 16. Le récipient a une forme générale lui permettant de s'adapter à celle du canal 5. Les raccordements au récipient sont assurés par plusieurs tubes de raccordement 17, 18, 19 et 20 au bloc 16, l'un d'eux (17) étant utilisé comme raccordement d'admission. Le bloc l6comporte deux chambres séparées dont l'une a une fonction double en tant que chambre d'admission et chambre de globules rouges et l'autre est utilisée comme chambre d'accumulation des plaquettes sanguines et du plasma. Le raccordement 18 est prévu pour l'extraction des globules rouges; le raccordement 19 est utilisé comme un raccordement d'évacuation pour le plasma et le raccordement 20 est utilisé pour l'évacuation des plaquettes sanguines. Lorsque le récipient 13 est placé dans le canal 5, les tubes 17 à 20 sont placés dans les découpes appro- priées Il de l'élément de remplissage 3. La Fig. 2 montre en outre le rapport existant entre les divers éléments et, en particulier, les relations géométriques entre les diverses parties du canal et donc du récipient. 2 46 0 718 On notera tout d'abord que le canal et donc, le récipient, présentent deux configurations géométriques de base. La première partie est une courbe s'enroulant vers l'intérieur, formée d'une première portion circulaire (ARCI) s'étendant sur approximativement 1300 à partir d'un centre CI, et d'une seconde portion spirale (ARC2) s'étendant sur approximativement 38 à partir d'un centre C2. La deuxième partie du canal est formée de quatre segments incurvés qui présentent chacun un rayon différent de grandeur croissante, respectivement mesurés à partir des centres C3, CA, C5 et C6 qui sont décalés par rapport au centre vrai TC. Ces segments s'étendent sur les arcs ARC3, ARC4, ARC5, ARC6, respectivement. La spirale est définie par l'équation suivante: r = 138. 9e- 23G, en millimètres, et est approchée par quatre arcs circulaires à quatre rayons différents et tracés à partir de quatre centres différents. Les rayons, la position des centres et les valeurs en degrés des arcs sont définis dans le tableau suivant: SEGMENT CENTRE RAYON POSITION DES CENTRES VALEURS EN DEGRES SUR X-X SUR Y-Y DES ARCS ARC1 Cl 83.1 1.0 0 1300 ARC2 C2 51.9 26.1 15.4 38 ARC3 C3 77.4 8.2 15.7 400 ARC4 C4 91.0 19.3 7.8 40 ARC5 C5 106.9 23.2 7.6 400 ARC6 C6 125.5 15.2 24.4 400 Les mesures linéaires sont données en millimètres. Ces différentes parties du canal raccordées ensemble forment une spirale et permettent la séparation des plaquettes sanguines comme on le décrira ultérieurement. Une courte section de transition TP assure le raccordement des premières et deuxièmes parties du canal. Comme on le voit sur la figure, la section de transition est orientée radialement vers l'intérieur de l'élément de remplissage à partir de l'extrémité de la première partie pour se raccorder à l'entrée de la deuxième partie. Le raccordement d'admission 17 du sang complet est connecté à la chambre d'admission du bloc raccordant les extrémités du tube. De plus, le raccordement 18 à la chambre d'admission est prévu pour retirer les globules rouges qui sont centrifugés contre la paroi extérieure de la première partie du canal. L'extrémité du raccordement 18 est dirigée vers l'extérieur, pratiquement jusqu'à la paroi extérieure de la chambre d'admission, de 2 4 60 718 façon que les globules rouges puissent être retirées sans retirer aucune partie du sang complet entrant dans la centrifugeuse. La géométrie de la première partie du canal est telle que les globules rouges qui passent à la paroi extérieure s'écoulent dans une direction opposée à celle de l'écoulement du sang complet entrant et atteignent le fond de la chambre d'admission d'o elles sont retirées par le raccordement 18. La ligne d'admission 17 se termine au haut ou à l'extrémité intérieure de la chambre d'admission de façon à ce que le sang complet et les globules rouges puissent être séparées d'une manière adéquate. La séparation des plaquettes sanguines se réalise à la fois dans les première et deuxième parties du canal. Certaines des plaquettes qui se séparent dans la première partie se stabilisent à l'interface globules rouges/plasma dans la section de transition TP. Ces plaquettes tendent à être les plaquettes les plus importantes et donc les plus intéressantes à collecter. En conséquence, la première partie de l'ensemble est conçue de façon à ce que ces plaquettes sanguines séparées puissent être facilement transférées dans la deuxième partie sans beaucoup de globules rouges. Les caractéristiques essentielles de la première partie en spirale du canal de l'ensemble décrit ci-dessus sont les suivantes: 1 - La paroi intérieure de la première partie du canal est lisse, continue et se modifie légèrement de façon à ce que l'interface soit au point radial le plus intérieur du canal sans provoquer de turbulence _ substantielle dans l'écoulement et qui provoquerait un mélange excessif à l'interface globules rouges/plaquettes sanguines/plasma. 2 - La première partie du canal se présente comme une courbe s'enroulant vers l'intérieur de façon à faciliter le pompage des globules rouges séparées. 3 - A l'extrémité de la première partie l'enroulement vers l'intérieur s'accentue. Cette caractéristique assure un point de fonctionnement adéquat pour l'interface du fait que la couche de plasma dans la plus grande partie du canal est très mince et que le risque de transférer acci- dentellement des globules rouges à la deuxième partie du canal est réduit au minimum. Le maintien d'une couche de plasma mince est essentiel pour obtenir de bons rendements en raison du fait qu'elle permet d'obtenir une grande vitesse dudit plasma, ce qui facilite le maintien du mouvement des plaquettes sanguines vers la deuxième partie du canal. 4 - La première partie du canal se rétrécit juste avant de rejoindre la deuxième partie. Ce rétrécissement est utilisé pour concentrer les plaquettes sanguines qui sont intentionnellement envoyées à la deuxième 2 2460718 partie après accumulation sur l'interface de la première partie. Le rétrécissement rend plus facile la détection du moment o la plus grande partie de plaquettes sanguines a été transférée dans la deuxième partie du canal. L'emploi des techniques stroboscopiques classique permet à l'opérateur de la centrifugeuse d'observer l'interface au niveau de la région de transition TP (Figure 2) et de régler-le débit de telle sorte que l'interface soit très proche de la paroi intérieure du récipient au niveau du coude de sortie de la première partie. Les plaquettes qui ont déjà été séparées par centrifugation traversent alors la région de transition à grande vitesse et pénètrent dans la deuxième partie plus petite, de forme généralement en spirale, du réservoir. Ainsi qu'on l'a constaté, il est indispensable que l'amas de plaquettes se déplace à grande vitesse afin d'éviter que ces dernières ne s'agglomèrent, ce qui nécessiterait une remise en suspension. A cette fin, la largeur intérieure de la seconde partie du réservoir a été ramenée au quart environ de celle de la première partie, les valeurs respectives étant, par exemple, 1,59mm et 6,36mm. Cela se traduit par une augmentation de la vitesse à laquelle se déplace le fluide dans la partie la plus étroite. L'extrémité de sortie de la deuxième partie du réservoir qui est de forme en spirale est pourvue d'une chambre 23. Il s'agit d'une chambre fermée dans le bloc d'extrémité du canal, l'extrémité d'évacuation du récipient 13 pénétrant dans celle-ci par un côté, légérement au-dessus de la paroi extérieure ou bas du bol. Un tube 20 de faible diamètre s'étend de l'extrémité intérieure ou supérieure de la chambre jusqu'à sa partie inférieure sans toutefois toucher cette dernière. Ce tube 20 permet l'évacuation de l'amas de plaquettes. Ainsi qu'on la précédemment observé, il est nécessaire que la section soit relativement faible de manière à obtenir un écoulement rapide. Ainsi, le diamètre intérieur du tube 20 est de l'ordre de 0,79mm au lieu de 4,76mm dans le cas des autres tubes. La partie supérieure de la chambre 23 est pourvue d'un tube 19 qui est utilisé aux fins de l'évacuation du plasma. La Fig. 3 est une vue en coupe prise selon la ligne 3-3 de la Fig. 2 et montre la différence de niveau entre les deux parties en spirale du canal. Ainsi que le comprendra l'homme de l'art, la réalisation décrite cidessus constitue un ensemble dans lequel plusieurs éléments de remplissage pourraient être successivement utilisés dans un même bol de centrifugation, y compris celui décrit plus haut. Au cas o une telle utilisation des éléments de remplissage ne serait ni souhaitable ni nécessaire, on pourrait employer un rotor monobloc, ce qui constitue avec le bol correspondant, une autre version de l'invention. Une structure de ce dernier type est représenté en coupe sur la figure 4 qui montre la façon dont le bol et l'élément central peuvent être réalisés à partir d'un même bloc de matériau par moulage ou par usinage. En se reportant aux Fig. 5A et 5B, on voit que la cavité 16 comprend une partie inférieure 25 et une partie haute ou bouchon 27, les parties étant de préférence moulées en une matière plastique appropriée, puis collées ensemble. Le doigt 29 sur le bouchon 27 est en contact avec la partie 31 de la partie inférieure 25 et est collé à celle-ci pour effec- tivement diviser la chambre en deux chambres, une chambre d'admission 33 et une chambre d'évacuation 23. L'ouverture latérale 37 reçoit l'extrémité d'admission de la première partie du récipient de fluide et l'ouverture latérale 39 reçoit l'extrémité d'évacuation de la deuxième partie du récipient de fluide. Le tube d'admission 17 du sang complet est raccordé à la partie du bouchon 27 se trouvant au haut de la chambre d'admission 33. Le tube à globules rouges 18 comporte un prolongement 41 qui s'étend jusqu'au fond de la chambre d'admission 33 o les globules rouges s'amassent après un écoulement dans la première partie du récipient. Le tube d'évacuation du plasma 19 se termine dans le haut du chapeau 27, sur le côté comprenant la chambre d'évacuation. Le tube d'évacuation des plaquettes sanguines 20 est reçu dans une gorge 43 disposée le long de la chambre et son extrémité extérieure est collée dans un passage qui débouche dans l'extrémité la plus à l'extérieur de la chambre d'évacuation 23. Il ressort de ce qui précède que la présente invention fournit un nouveau rotor pour centrifugeuse qui est avantageux parce qu'il est peu onéreux à réaliser et comporte un récipient de fluide simple et peu coûteux qui peut être jeté après une première utilisation, supprimant ainsi les dispendieuses opérations de nettoyage et de stérilisation qui étaient jusqu'à présent nécessaires dans le cas de l'emploi de récipients réutilisables. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 2 46 0 718 REVENDICATIONS 1.- Dispositif de centrifugation formé d'un rotor comprenant un canal dans lequel vient s'adapter un récipient en matériau semi-rigide se conformant au canal et comportant des connexions à fluide à chacune de ses extrémités; ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit canal comprend deux parties, une première partie en forme de courbe s'enroulant vers l'intérieur suivie d'une seconde partie en forme de spirale à rayon croissant. 2.- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ledit rotor comprend un bol de centrifugation agencé pour être entraîné en rotation autour d'un axe, et comportant un élément de remplissage dans lequel se trouve le canal devant recevoir ledit récipient. 3.- Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit élément de remplissage comporte des fentes radiales permettant le passage desdites connexions à fluide. 4.- Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3 dans lequel lesdites connexions à fluide comprennent une connexion d'admission à une extrémité dudit récipient et au moins deux connexions d'évacuation à l'autre extrémité. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ledit récipient est formé d'un tube semi-rigide ayant une section rectangulaire. 6.- Dispositif selon la revendication 5 dans lequel les dimensions dudit tube de section rectangulaire correspondent aux dimensions dudit canal. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la largeur du récipient dans la secondepartie du canal est approximativement égale au quart de la largeur dudit récipient dans la première partie dudit canal. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit récipient est en chlorure de polyvinyle de qualité médicale. 2 4 60 718 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes utilisé pour la séparation des composants du sang et dans lequel ladite première partie du canal se termine par une portion de transition de largeur décroissante et s'enroulant vers l'intérieur de façon à permettre aux globules rouges de s'écouler dans une direction opposée du reste du - sang.