Brevet FR2493985A1 — publié le 19820514

La présente invention concerne un appareil permettant de contrôler la pression partielle de gaz, en particulier dans des liquides stériles. Uneapplication particulière de l'invention, mais non la seule, est le contrôle de la pression ou tension partielle de gaz dans le sang, par exemple le sang circulant entre une pompe car- diaque et le patient durant une opération à coeur ouvert. Dans le cas du sang, les tensions considérées seront la tension de l'oxygène (P/O,2) et la tension du dioxyde de carbone (P/CO,). Toutefois, dans le cas d'autres liquides, les tensions considérées peuvent être différentes. Tout dispositif servant à contrôler les tensionsde gaz du sang doit faire son travail sans altérer la stérilité du sang en circulation. Ceci affecte fortement la conception des élec- trodes servant au contrôle des gaz du sang en dehors du corps. Jus-. qu'à présent, toutes les électrodes imaginées à cet effet ont été placées en contact direct avec le sang, mais ceci présente un certain nombre d'inconvénients. D'abord, l'électrode doit être stérile, ce qui impose des contraintes à la conception de l'électrode. En second lieu, du fait de la nécessité de la stérilité et de la nécessitd d'étalonner les électrodes, il est essentiel que les Électrodes fournissent le même signal de sortie avant et après la stérilisation. Ceci est difficile à réaliser. En troisième lieu, il faut úabriquer les électrodes de manière à pouvoir les jeter après une seule uti- lisation, même si ceci coOte cher, en raison de l'incommodité et du coût encore plus élevé d'une restérilisation. En quatrième lien, une fois que l'électrode a été placée en contact avec le sang, il n'est plus possible d'avoir accès à l'électrode, même si l'on détecte une défaillance, pour préserver la stéri.lite de l'électrode. Dans le cas d'un défaut de fonctionnement, des inormations ut.ies sur i'tat ldu sang peuvent donc être perdues. Selon l'invention, il est propose un appareil permet- tant de contrôler la pression partielle d'un gaz dons un liquide circulant dans une canalisation, l'appareii comprenant un raccord conçu pour être inséré dans ladite canalisation, le raccord possédant: une paroi qui comporte une membrane perméable audit gaz mais imper- mdable audit liquide, la membrane ayant une première face en contact avec ledit liquide dans le raccord et une deuxième face se trouvant à l'opposé de ladite première face, tandis qu'un capteur est placé au voisinage de ladite deuxième face et répond au gaz traversant la membrane en provenance du liquide. Lorsque, dans la description, on fait allusion à un capteur disposé au voisinage de la deuxième face, il faut comprendre que ceci contient le cas of l'opération détectrice réelle est effec- tuée par un dispositif, par exemple un spectromètre de masse ou un chromatographe en phase gazeuse, qui est placé à distance de ladite face, le gaz lui étant délivré par une conduite dont une extrémité se trouve au voisinage de ladite deuxième face. La description suivante, conçue à titre d'illustra- tion de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale mon- trant, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'appareil selon l'invention de mesure de P/D2; et la figure 2 est une vue en coupe d'une partie d'un autre mode de réalisation de l'invention. L'appareil présenté sur la figure 1 comprend un rac- cord 1 qui est sensiblement en forme de Te La barre du T forme deux bras qui sont chacun dotés extérieurement d'épaulements afin de permettre que les bras soient insérés dans des parties adjacentes d'une canalisation dans laquelle un liquide contenant le gaz a con- trôler doit passer. Le raccord est doté d'une ouverture qui est fermée par une membrane 2 en caoutchouc de silicone portée par une cuvette 3 en acier inoxydable ou en nickel perforée. L'appareil comprend en outre un capteur électrochi- mique 4. Le capteur 4 peut appartenir à divers types, et la -forme de capteur illustrée n'est donnée qu'à titre d'exemple. Ce capteur possède une membrane 5 de polypropylène recouvrant une anode en argent 6 et une cathode en platine 7 qui a la forme d'un fil de diamètre 25 microns. La membrane 5 est montée sur l'extrémité d'un tube 8 en résine époxyde, le capteur comprenant en outre une therwis- tance 9. Le capteur est raccordé à un instrument de mesure extérieur (non représenté) par l'intermédiaire d'un câble blindé 10 à quatr: Fmes. Le raccord 1 est initialement fourni à un utilisateur éventuel sous forme d'une unité stérile jetable, ou bien il peut être conçu de manière à pouvoir être stérilisé. Il n'est pas nécessaire que le capteur 4 soit stérile, puisqu'aucune partie de celui-ci n'est en contact avec un liquide passant dans le raccord. Avant d'insérer le capteur dans le raccord, on l'étalonne relativement à la pression partielle P/02 de l'oxygène dans l'air, laquelle est une norme géné- ralement fiable (20,9%/o d'oxygène). Quelques gouttes d'électrolyte sont de préférence placées entre la membrane 2 et la membrane 5 afin de minimiser l'effet de fuites d'oxygène en provenance de l'air sur les électrodes du capteur. Une entretoise 11 du raccord sert à main- tenir un écartement prédéterminé entre les deux membranes. En utili- sation, la partie supérieure du bras du raccord dans lequel le cap- teur est reçu est fermée hermétiquement par un bouchon 12 à ressort, lequel peut, à titre facultatif, être réalisé sous forme d'une par- tie solidaire du capteur. Pour que l'appareil fonctionne de manière satisfai- sante, il faut que la quantité maximale d'oxygène pouvant traverser la membrane 2 par unité de temps soit élevée par comparaison de celle pouvant traverser la membrane 5. Dans la mesure o cette condition est satisfaite, alors, en ce qui concerne le capteur 4, celui-ci mesurera une pression P/02 sensiblement de la même manière que s'il était en contact direct avec le sang. A cette condition, le capteur mesure la pression P/02 de la pellicule liquide statique se trouvant entre les deux membranes, et la tension d'oxygène de cette pellicule est en équilibre avec la tension d'oxygène du sang. Il est également nécessaire que la consommation dI'oxy- gène provenant de cette pellicule liquide par le capteur soit négli- geable, un tel effet pouvant facilement être obtenu au moyen d'une cathode ayant les dimensions mentionnées ci-dessus et d'une membrane d'une épaisseur de 12,5 à 25 microns. Alors que l'appareil décriL ci-dessus est un appareil pouvant être utilisé pour mesurer la pression P/02 dans le sang, on peut utiliser un appareil selon l'invention très semblable pour mesurer la pression partielle du dioxyde de carbone P/CO2 dans le sang. Le plus souvent, on mesure la pression partielle P/CO2 par une technique potentiométrique dite de Severinghaus. En substance, il s'agit d'une modification d'un procédé permettant de déterminer le pH. Une électrode de verre sensible au pH et une électrode de réfé- rence sont placées dans un électrolyte et on les couvre d'une mem- brane perméable au dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone qui diffuse au travers de la membrane en réponse à l'existence d'une différence de pressions P/CO2 équilibre l'électrolyte interne avec la pression P/C02 du milieu. L'hydratation du dioxyde de carbone dans l'électrolyte produit un acide carbonique et amène une modifi- cation de l'activité ionique de l'hydrogène, qui s'exprime par Co H0 0 l Co H+ + HCO 2 2 23 3 L'électrode de pH détecte la modification de la pres- sion P/CO2 sous forme d'une variation de pH de l'électrolyte, et il s'ensuit une tension électrique reliée exponentiellement à la pression P/Co2. Ainsi, une multiplication par dix de la pression P/CO2 est approximativement équivalente à une diminution d'une unité de pH. Puisqu'il s'agit d'une technique potentiorétrique, il n'y a pas con- sommation du dioxyde de carbone et les effets d'appauvrissement associés aux électrodes de mesure de P/O2 ne surviennent pas. Lors- qu'on utilise la technique de Severinghaus dans un appareil de l'in- vention, on peut utiliser le même raccord que celui décrit ci-dessus en relation avec la mesure de la pression P/O La membrane 2 cons- titue alors la membrane de diffusion du capteur de CO2. On place sur la membrane 2 quelques gouttes d'électrolyte non tamponné, puis on complète le capteur de CO2 en plaçant une électrode de pli, qui peut être d'une structure connue, dans l'électrolyte. Dans le cas du con- trôle de la pression partielle P/CG2, on n"itilise qu'une seule mem- brane, au contraire des deux membrane utilisées pour le contrôle de la pression P/02. Le mode de réalisation de l'invention, dont une par- tie est présentée sur la figure 2, est, comme le mode de réalisation de la figure 1, destiné à la mesure de la pression P/O2. Par de nombreux côtés, le mode de réalisation de la figure 2 ressemble A celui de la figure 1, et les parties de la figure 2 qui correspon- dent à des parties de la figure 1 sont désignées sur la figure 2 par les mêmes numéros de référence que sur la figure 1, avec addition de 100. Ainsi, le mode de réalisation de la figure 2 comprend un raccord 101 possédant un passage intérieur 120 qui est communica- tion avec une canalisation dans laquelle un liquide contenant le gaz à contrôler doit passer. Le raccord est doté d'une ouverture qui est fermée par une membrane 102 en caoutchouc de silicone por- têe par un disque en nickel perforé 103. Le caoutchouc de silicone est coulé sur le disque de nickel à l'aide d'un solvant. On peut utiliser divers types de caoutchouc de silicone, par exemple ceux vendus par la société Dow Corning Corporation sous la référence "Q7-2213" (un élastomère de diméthylsiloxanne dispersé dans du 1,1,1- trichloroéthane) et la référence "Q7-2245" (un système ternaire comprenant un polymère de diméthylsiloxanne et une silice de renfor- cement, un agent de durcissement de polysiloxanne, etun additif des- tiné à interdire le durcissement à température ambiante des deux premières parties). L'appareil comprend en outre un capteur électrochi- mique 104. Le capteur comporte un corps de capteur creux 121, dont l'extrémité inférieure est dotée d'un filetage 122, pour des raisons qui apparaîtront dans la suite de la description. A l'intérieur du corps de capteur 121, est montée une tige creuse 123 formée par exemple de résine époxyde. L'extrémité inférieure de cette tige porte un élément capteur 124. L'élément 124 comporte une anode en argent 106 et une cathode en platine (non représentée) qui passe par un trou 107 de réception de cathode. L'anode est également dotée d'un trou 125 destiné à recevoir une thermistance qui mesure la tem- pérature à laquelle fonctionne l'élément capteur 124. L'extrémité inférieure de l'élément capteur est fermée par une membrane 105 de capteur. Le bord périphérique de la membrane 105 est maintenu entre les parties 126 et 127 D'un corps de support de membrane en deux parties. L'extrémité supérieure de la partie 127 possède un filetage qui s'ajuste sur le filetage 122 existant sur le corps de capteur 121. Les deux parties du corps de support de membrane sont maintenues ensemble par un agent d'étanchéité qui est présent dans des évidements annulaires 128 formés dans les deux parties. Pour terminer, il faut ajouter que le constituant formé de la membrane 102 et du disque 103 est maintenu en place par une bague 129 qui possède un filetage externe coopérant avec un filetage interne présent sur la partie adjacente du raccord 101. La bague 129 est maintenue en place dans le raccord 101 par un agent d'étanchéitd qui est intro- duit dans des ouvertures 130. Il faut noter que le raccord 1 ou 101i est relativement peu coGteux et peut donc etre jeté, tandis que le capteur 4 ou 104 est relativement eoûteux, mais peut Stre réutilisé, puisqu'il est détachable du raccord. Les modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus utilisent un capteur électrochimique. Toutefois, selon une variante de l'appareil de l'invention, le capteur électrochi- mique peut être remplacé par un capteur purement chimique, par exemple une couche de cristaux dont la couleur varie d'une manière qui est fonction de la pression partielle d'un certain gaz parti- culier. On peut trouver des composés chimiques appropriés è cet effet, par exemple dans une demande de brevet PCT publiée sous le numéro de publication international WO 79/00696. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- giner, à partir de l'appareil dont la description vienrt d'âtre donnée a titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. RE VEN 7D I C T ON S R E V EN D1CA T 10N S 1. Appareil permettant de contr8ler la pression partielle d'un gaz dans un liquide circulant dans une canalisation, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un raccord (l; 101) destiné à être inséré dans ladite canalisation, le raccord possédant une paroi qui comporte une membrane (2; 102) perméable audit gaz mais imperméable audit liquide, la membrane ayant une première face en contact avec ledit liquide dans le raccord et une deuxième face dis posée à l'opposé de la première face, et un capteur (4; 104) disposé au voisinage de ladite deuxième face et réagissant au passage du gaz A travers la membrane en provenance du liquide. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur est un capteur électrochimique. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur possède une membrane (5; 105) perméable au gaz qui est placée au voisinage de la membrane du raccord. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une couche d'un électrolyte est placée entre les deux membranes et en contact avec elles. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une entretoise (11) est prévue pour définir un écartement prêdè- terminé entre les deux membranes. 6. Appareil selon la revendication 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le capteur est un capteur mesurant une pressidn partielle d'oxygène P/02, 7. Appareil iselon la revendication 2, car.ctérisd en o: que le capteur est un capteur mesurant une pression partielle de C(i; P/C02À 8. Appareil selon la revendicati.on. 1, caractérise c:s ce que le capteur comprend un moyen de détection de gaz qui est éioTné de ladite deuxième face, et une conduite dont une première extrémité est disposée au voisinage de la deuxième face et une deuxieme extr:- mité communique avec le moyen de détection de gaz. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moyen de détection de gaz est un spectrom,-tre de masse ou un chromatographe en phase gazeuse. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur est un capteur chimique. il. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le capteur comprend des cristaux dont la couleur change d'une manière qui est fonction de la pression partielle du gaz à détecter. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications ' à 11, caractérisé en ce que le raccord (1) est un élément en forme de T formé par une barre définissant deux bras-et par un troisième bras partant de la barre, la barre étant destinée à être insérée dans ladite canalisation de manière à permettre que du liquide circule dans la barre, et la membrane (2) du raccord étant placée de manière à interdire l'accès du troisième bras au liquide. 13. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le capteur est doté d'une thermistance (9) permettant de déterminer la température a laquelle le capteur fonctionne. 14. Appareil selon l'une quelconque des revendicationa 3 h 6, caractérisé en ce que la membrane (2; 102) perméable au gaz est formée d'un caoutchouc de silicone porté par un disque perforé (3; 103). 15, Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le caoutchouc de silicone est coulé sur le disque métalliqule a l'aide d'un solvant. 16. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le capteur est monté de manière à pouvoir être détaché du raccord.