Brevet FR2458291A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne un dispositif des- tiné à l'analyse des gaz absorbés dans les liquides, et, en particulier, une sonde intravasculaire souple utilisable dans l'analyse, par exemple par spectroscopie de masse, des gaz absorbés dans le sang des être humains (ou autres mammifères) Selon un procédé connu pour la mesure continue des gaz du sang in vivo, on utilise une sonde intravasculaire se présentant sous la forme d'un cathéter flexible dont l'extré- mité distale est fermée par une membrane perméable aux gaz. Cette extrémité de la sonde est insérée dans le vaisseau sanguin considéré, tandis que son autre extrémité est reliée à l'entrée d'un spectromètre de masse dans lequel sont envoyés les gaz extraits par la sonde. Les gaz absorbés dans le sang diffusent à travers la membrane et cheminent le long du cathéter jusqu'au spectromètre de masse o ils sont ana- lysés. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 658 053 décrit un cathéter sanguin destiné à la détermination de la quantité et du type de gaz dissous dans le sang, ce cathéter comprenant une canule de matière plastique fermée à l'une de ses extrémité. La paroi de cette canule présente une ouver- ture voisine de cette extrémité fermée, la surface externe d'au moins la partie du tube qui présente cette ouverture étant revêtue d'une couche de substance perméable aux gaz, tel qu'un caoutchouc de silicone. Les gaz diffusent à travers la membrane de caoutchouc de silicone et pénètrent dans la canule par l'ouverture précitée. La nécessité de fabriquer la membrane perméable aux gaz en une substance bio-compatible a constitué une condition impérative qui a limité jusqu'à présent les possibilités d'application pratique des sondes connues. Ainsi, une forme connue de sonde utilise un cathéter flexible en "Nylon" pourvu d'une membrane de caoutchouc de silicone, tandis qu'une autre utilise un cathéter en acier inoxydable malléable muni d'une membrane en polytétrafluoréthylène (PTFE). Cependant, un inconvénient du caoutchouc de silicone comme substance constitutive de la membrane, réside dans sa grande perméabi- lité inhérente aux gaz (typiquement de l'ordre de -10 2 -l -l X 10 cm s kPa pour l'oxygène à 20OC), le problème soulevé par l'utilisation d'une membrane de grande perméabi- lité consistant en la tendance de la zone de prélèvement d'un échantillon à s'appauvrir en gaz absorbé si le débit de gaz vers l'extrémité de la sonde n'est pas suffisamment im- portant. En d'autres termes, le signal obtenu à partir d'une sonde de ce type dépend, d'une manière indésirable, du débit du sang. Par ailleurs, le PTFE constitue une substance prati- quement idéale pour constituer les membranes, du point de vue de sa perméabilité inhérente. Cependant, cette substance doit être travaillée à température élevée, ce qui interdit son utili- sation avec des cathéters en polymère flexible. Ainsi, l'uti- lisation d'une membrane en PTFE se limite aux cathéters en matériaux, comme l'acier inoxydable, qui ne présentent pas le même degré de flexibilité que, par exemple,' le "Nylon". En particulier, la flexibilité des cathéters en acier ino- xydable n'est pas suffisante pour permettre un contrôle sûr des concentrations de gaz dans le sang des enfants. En conséquence, l'un des buts de l'invention est une sonde intravasculaire ou dispositif analogue dont la structure permet son utilisation pour l'analyse des gaz absorbés dans des liquides et qui résout les problèmes exposés ci-dessus. Selon un aspect de l'invention, ce dispositif pour l'analyse des gaz absorbés dans des liquides comprend un tube flexible à une extrémité duquel ou au voisinage d'une extré- mité duquel se trouve une membrane à travers laquelle les gaz peuvent diffuser dans ledit tube, cette membrane comprenant une première couche de substance perméable aux gaz et une seconde couch-e de substance perméable aux gaz en contact intime avec ladite première couche et supportée par cette dernière, la perméabilité inhérente aux gaz de cette seconde couche étant nettement plus faible que la perméabilité inhé- rente aux gaz de la première couche et déterminant, en cours d'utilisation, les conditions de passage des gaz à travers la membrane. Le dispositif qui vient d'être défini est particu- lièrement utile dans l'analyse des gaz absorbés dans le sang, par exemple pour les mesures in vivo de la pression de l'oxy- gène et du gaz carbonique dans le sang artériel et dans le sang veineux, mais il peut être aussi utilisé dans l'analyse de gaz absorbés dans un liquide quelconque, par exemple par spectroscopie de masse ou chromatographie en phase gazeuse. Un avantaae de la structure de la membrane compo- site du dispositif, qui vient d'être définie, consiste en ce que la seconde couche précitée peut être choisie de façon à conférer la perméabilité désirée à la membrane, en particu- lû lier de telle sorte que les problèmes d'appauvrissement en gaz et de dépendance vis-à-vis du débit sanguin soient élimi- nés, tandis que la première couche peut être choisie de façon à conférer à la membrane la compatibilité mécanique désirée ainsi que d'autres propriétés souhaitables. Le fait que la première couche joue un rôle de support mécanique vis-à-vis de la seconde couche signifie que cette seconde couche peut être elle-même plus mince que les membranes connues à une seule couche, ce qui assure un meilleur temps de réponse du dispositif (le temps de réponse étant fonction de la per- méabilité de la couche définissant les caractéristiques d'écoulement et du carré de l'épaisseur de cette couche). Lorsque le dispositif se présente sous la forme d'une sonde intravasculaire, la première couche précitée constitue généralement la couche externe de la membrane et elle peut être alors en une substance bio-compatible éprouvée, alors qu'il n'est pas nécessaire qu'il en soit ainsi pour la couche interne. La perméabilité de la seconde couche de la membrane utilisée pour la mesure des concentrations en gaz dans le sang est de préférence de l'ordre de (0,00075-0,0075)X10 cm2s-1 kPa-1 pour l'oxygène à 200C. Selon un mode de réalisation préféré, le tube flexi- bll est en matière plastique et est fermé à l'une de ses extré- mités, la paroi de ce tube présente une ouverture au voisinage de cette extrémité fermée et la surface externe d'au moins la partie du tube qui présente ladite ouverture est gainée d'une couche de substance biocompatible perméable au gaz, tandis que la surface interne de la zone de cette couche de gainage, 245829 1 qui recouvre cette ouverture, est revêtue d'une couche de substance perméable aux gaz dont la perméabilité est nettement plus faible que celle de la couche de gainage. Dans un dispositif ayant cette structure, la mem- brane perméable aux gaz est constituée par la partie de la substance de gainage qui recouvre l'ouverture du tube (c'est- à-dire la première couche de la membrane) ainsi que par la partie de la substance de revêtement ainsi supportée (c'est- à-dire la seconde couche de la membrane). Selon une autre caractéristique, l'invention concer- ne un procédé de fabrication d'un dispositif destiné à être utilisé dans l'analyse de gaz absorbés dans les liquides, comme défini plus haut, ce procédé consistant: à utiliser un tube flexible en matière plastique dont la paroi est percée d'une ouverture; à gainer la surface externe d'au moins la partie du tube qui présente cette ouverture avec une couche de substance bio-compatible perméable aux gaz; et à revêtir la surface interne de la zone de cette couche de gainage qui recouvre ladite ouverture d'une couche de substance perméable aux gaz et dont la perméabilité est nettement inférieure à celle de la couche de gainage. Conformément à une caractéristique avantageuse d'une forme de réalisation de ce type, pratiquement la tota- lité de la surface interne du tube est recouverte du revête- ment précité en substance de faible perméabilité. Un tel revêtement favorise la diminution de l'influence perturbatrice des gaz ambiants qui diffusent à travers les parois du tube et accroit ainsi le rapport signalbruit de fond pouvant être obtenu avec le dispositif. Ce revêtement peut aussi agir de façon à réduire la pénétration de la vapeur d'eau à travers les parois des tubes en substances hydrophiles, par exemple en "Nylon'. Un autre avantage de ce revêtement consiste en ce qu'un rapport signalbruit de fond acceptable peut être obtenu même avec des tubes en substances de perméabilité aux gaz rela- tivement élevée, qui étaient considérées jusqu'à présent comme inutilisables pour des sondes intravasculaires. En d'autres termes, la substance du tube peut être choisie en fonction Y. de sa flexibilité, de sa bio-compatibilité, de sa durabilité ou d'autres caractéristiques; sa perméabilité inhérente au gaz n'a plus besoin d'être considérée comme le principal critère de sélection. Une substance préférée pour constituer le revête- ment précité est le chlorure de polyvinylidène à l'état de prépolymère (PVDC). On peut aussi utiliser du polytrifluoro- chloréthylène cristallin (Kel-F). On va maintenant décrire, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention en réfé- rence aux figures du dessin schématique ci-joint, sur lequel: la figure 1 représente une vue en coupe longitu- dinale d'un dispositif destiné à être utilisé pour l'analyse de gaz absorbés dans des liquides; et la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un autre dispositif également utilisable pour l'analyse de gaz absorbés dans les liquides. En se référant aux figures 1 et 2, on voit que cha- cun des deux dispositifs précités se présente sous la forme d'une sonde intravasculaire et comprend un cathéter flexible 1 à deux canaux qui est constitué, par exemple, de "Nylon 6" et dont le diamètre externe est avantageusement de 1,43 mm. Un premier canal 2 est utilisé comme tube de prélèvement d'un échantillon de gaz, tandis que l'autre canal 3 est utilisé comme tube de prélèvement d'un échantillon de sang (ou autre liquide). Comme le montrent les figures, la paroi externe du canal 2 est un peu plus épaisse que celle du canal 3 et l'aire de sa section est légèrement inférieure à celle dudit canal 3. On utilise les processus ci-après pour fabriquer les sondes représentées sur les figures. On utilise, dans chaque cas, un tube à deux canaux, de 50 cm de long, et l'on découpe, à environ 10 cm d'une extré- mité, une ouverture 4 dans la paroi externe du canal 2. Dans le cas de-la fabrication d'un prototype, l'ouverture est découpée au moyen d'un scalpel et d'un moyen de guidage. Ce moyen de guidage est constitué par un manchon en acier inoxydable de faible longueur qui présente une ouverture latérale, de telle sorte que, lorsque le tube à deux canaux est placé à l'intérieur du moyen de guidage, l'ouverture de dimension requise peut être découpée dans ce tube en faisant suivre au scalpel le bord arrondi de l'ouverture du moyen de guidage. L'ouverture 4 présente avantageusement une dimension de 3 mm mesurée parallèlement à l'axe du canal, tandis que le diamètre de cette dernière est de 0,52 mm. Une gaine externe 5 en caoutchouc de silicone de qualité médicale (dénomination commerciale "Silastic") est appliquée ensuite sur toute la longueur du tube à deux canaux, en utilisant du xylène de dénomination commerciale "Analar" pour gonfler et lubrifier le "Silastic". Le xylène est ensuite chassé en utilisant un ventilateur soufflant de l'air chaud, ce qui provoque la contraction du "Silastic" sur le tube intérieur. On s'assure aussi que la totalité du xylène ayant pu pénétrer dans les canaux est chassée par balayage. L'épais- seur de la gaine 5 est avantageusement de 25 micro. La totalité de la surface interne du canal 2 de prélèvement d'un échantillon de gaz, y compris la zone de la gaine 5 qui recouvre l'ouverture 4, est ensuite revêtue de plusieurs sous-couches de PVDC, de façon à obtenir une couche 6 dont l'épaisseur est avantageusement de 6 micromètres. Le PVDC utilisé pour le revêtement se présente sous deux formes, à savoir en solution organique et à l'état de latex aqueux. Un latex aqueux prêt à l'utilisation est vendu par la Société LAPORTE Industries Limited sous la dénomination commerciale "IXAN WA 50". La solution organique est préparée en dissolvant la résine de PVDC de dénomination commerciale "IXAN WN 91" dans du tétrahydrofuranne (THF) jusqu'à une concentration de 200 g par kg de solution. Le tube formant cathéter est monté verticalement et 0,3 ml de la solution organique est injecté dans la partie supérieure du canal 2 de prélèvement de l'échantillon de gaz. On fait ensuite passer de l'air dans ce canal pour éliminer l'excès de solution et chasser le solvant (THF). Le degré d'uniformité de la couche et, dans une certaine mesure, son épaisseur sont déterminés par le débit d'air passant dans le canal. On a trouvé qu'un faible débit, de l'ordre de 1 ml/s, donne les meilleurs résul- tats. Le ventilateur soufflant de l'air chaud dans le canal sert aussi à chauffer le tube à environ 801C. Ce processus est ensuite répété trois fois en utilisant le latex aqueux à base d"'IXAN WA 50". La longueur excédentaire de tube est coupée à chaque extrémité en laissant] cm avant l'ouverture 4 et cm après. L'extrémité distale est ensuite fermée de manière étanche par l'un ou l'autre des deux modes opératoires ci- après. Selon le premier, comme représenté sur la figure 1, on fait remonter dans les deux canaux 2 et 3 une certaine quan- tité d'adhésif élastique 7A de qualité médicale ("Silastic"), l'élément d'obturation ainsi formé étant ensuite façonné sous forme de demi-sphère pour faciliter l'introduction de la sonde dans un vaisseau sanguin. Selon l'autre mode opératoire, illus- tré sur la figure 2, l'extrémité du tube peut être scellée à chaud, à la suite de quoi on applique, par immersion, un revêtement 7b d'une substance de qualité médicale connue sous la désignation "Silastomer". Ce dernier mode opératoire s'est révélé être celui qui convient le mieux quant à la facilité de fabrication et à l'obtention d'un produit fini de surface lisse. L'appareil utilisé pour le scellement à chaud peut comprendre un petit bloc de PTFE chauffé jusqu'à environ 900C par une résistance électrique. Un trou borgne d'un diamètre de 1,5 mm est formé dans le bloc de PTFE, à une profondeur d'environ 3 mm en utilisant un foret préalablement meulé pour obtenir une surface polie et un fond hémisphérique. L'ex- trémité distale du tube à deux canaux est placée dans le trou borgne chauffé et est scellée par application d'une légère pression. On découpe finalement une ouverture 8 dans la paroi externe du canal 3 et dans sa couche de gainage, en vue du prélèvement d'échantillons de sang, et l'on peint le bord de cette ouverture avec de l'élastomère "Silastic" 9 pour empê- cher toute fuite éventuelle de gaz sous la gaine de "Silastic" 5. Le cathéter terminé est ensuite placé dans un endroit ventilé et chaud pendant environ 24 heures pour permettre la maturation et/ou le durcissement des adhésifs et de l'élas- tomère. Pour l'utilisation, l'extrémité proximale du cathé- ter (non représentée) est munie d'un adaptateur à deux canaux permettant de relier le canal 2 de prélèvement d'un échan- tillon de gaz à l'entrée d'un spectromètre de masse ou autre appareil d'analyse et le canal 3 de prélèvement d'un échan- tillon de sang à une seringue. Dans les modes de réalisation des sondes représen- tées sur les figures, la membrane 10 perméable au gaz est constituée par la partie-de la gaine de "Silastic" 5 qui recouvre l'ouverture 4 et par la partie de la couche 6 de PVDC qui est supportée par cette partie de gaine. La gaine 5 présente une perméabilité relativement élevée aux gaz, avan- tageusement de l'ordre de 150X1010 cm 2s kPa- pour l'oxygène, et elle sert essentiellement au support et à la protection de la mince couche 6 de PVDC, cette gaine 5 n'ayant pas une influence importante sur le débit de gaz à travers la mem- brane. Au contraire, c'est la couche de PVDC, dont la per- méabilité au gaz est avantageusement de l'ordre de 0,0038X10 cm2s 1kPa 1pour l'oxygène, qui définit les con- ditions de passage du gaz à travers la membrane lorsque le canal 2 alimente l'appareil d'analyse. Les avantages particuliers présentés par les sondes illustrées ci:dessus peuvent être résumés comme suit: 1. La perméabilité effective de la membrane 10 vis-à-vis des gaz, telle que définie par sa couche interne 6, est faible, de sorte que la sonde résout les problèmes d'appauvrissement en gaz et de dépendance par rapport au débit. 2. La couche interne 6 de la membrane 10 est elle-même net- tement plus mince que les membranes à une seule couche des sondes intravasculaires connues et elle confère au dispositif un temps de réponse très court. 3. Le support mécanique de la couche 6 de la membrane par la partie correspondante de la gaine 5 est suffisant en soi, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'avoir recours, en outre, à des fils de renforcement, à un substrat de métal fritté ou à une forme géométrique spéciale de l'ouverture, comme c'est le cas pour les sondes de l'art antérieur. 4. L'application de la couche 6 sur la totalité de la surface interne du canal de prélèvement de l'échantillon de gaz diminue le passage de la vapeur d'eau et des gaz ambiants à travers les parois du canal et confère au dispositif un bon rapport signal-bruit de fond. 5. La gaine bio-compatible 5 et le revêtement 6 de faible perméabilité permettent de choisir le matériau du cathé- ter 1 en considérant essentiellement ses propriétés méca- niques, par exemple sa flexibilité. En particulier, les sondes illustrées sur les dessins sont suffisamment fle- xibles pour permettre le contrôle continu des teneurs en gaz chez les enfants malades. 6. La structure à deux canaux permet de réaliser à la fois le prélèvement d'échantillons de gaz et d'échantillons de sang avec une seule et même sonde. Toutefois, bien que l'invention ait été décrite dans son application à une sonde à deux canaux, elle peut s'appli- quer à des sondes à un seul canal destinées à l'analyse des gaz contenus dans le sang de manière à tirer profit de tous les avantages sus-mentionnés, concernant la couche 6. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et repré- sentés, dans le domaine des équivalences techniques, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à l'analyse des gaz absorbés dans des liquides, du type comprenant un tube flexible fermé à une extrémité et dont la paroi voisine de cette extrémité fermée présente une ouverture, la surface externe d'au moins la partie du tube qui présente cette ouverture étant gainée d'une couche de substance bio-compatible perméable au gaz, dispositif caractérisé en ce que la surface interne de la zone de cette couche de gainage (5) qui recouvre ladite ouverture (4) est revêtue d'une couche (6) de substance perméable au gaz dont la perméabilité est nettement inférieure à celle de la substance de la gaine (5). 2. Dispositif selon la. revendication 1, caractérisé en ce que le tube flexible constitue un cathéter (1) à deux ca- naux, l'un de ces canaux (2) étant muni de la membrane perméa- ble aux gaz (10), tandis que l'autre canal (3) présente une ouverture (8) par laquelle des échantillons de liquide peuvent être prélevés. 3. Procédé de fabrication du dispositif de la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il consiste: à utiliser un tube flexible en matière plastique (1) dont la paroi présente une ouverture (4); à gainer la surface externe d'au moins la partie du tube (1) qui présente cette ouverture (4) avec une couche (5) de substance bio-compatible perméable aux gaz; et à revêtir la surface interne de la zone de cette couche de gainage (5) qui recouvre ladite ouverture (4) avec une couche (6) de substance perméable aux gaz et dont la perméabilité est nettement inférieure à celle de la couche de gainage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on applique le revêtement de substance (6) de faible perméabilité sur la totalité de la surface interne du tube (1). 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caracté- risé en ce que la substance de revêtement précitée est un prépolymère de chlorure de polyvinylidène (PVDC). 6. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caracté- risé en ce que la substance de revêtement précitée est cons- tituée par du polytrifluorochloréthylène cristallin (Kel-F).