Brevet FR2509459A1 — publié le 19830114

L'invention concerne un appareil destiné à détecter les variations du débit d'écoulement d'un fluide circulant dans un circuit conducteur. Bien qu'il existe de nombreuses applications pour l'appareil selon l'invention, ce dernier sera décrit dans sa mise en oeuvre pour le réglage d'un équipement d'hémodialyse, application à laquelle l'invention s'avère particulièrement utile. Au cours d'une hémodialyse, le flux sanguin d'un patient est dévié à travers une machine spéciale, parfois appelée rein artificiel, qui comporte une chambre définie au moins partiellement par une membrane spéciale sur la face opposée de laquelle circule un fluide d'épuration connu sous le nom de dialysat. Dans une telle machine, la matière présente dans le flux sanguin, qui est normalement éliminée par la fonction normale d'un rein sain, "migre" à travers cette membrane et est éliminée par l'écoulement de dialysat dans lequel elle est entraînée. Un aspect critique de l'hémodialyse est que la vitesse å laquelle les impuretés du courant sanguin sont éliminées doit être réglée avec précision en fonction des caractéristiques particulières de chaque patient. En particulier, un processus d'hémodialyse approprié est un processus dans lequel les impuretés sont éliminées de façon contrôlée et continue d'un courant sanguin avec, en fin de compte, une migration nette nulle de fluide. Dans le cas où il existe une migration nette de fluide à partir d'un patient, ce dernier peut subir une déshydratation et d'autres effets nuisibles. Une migration nette en sens opposé peut provoquer une hydratation dangereuse du patient. Les situations décrites ci-dessus peuvent être détectées par l'observation des différences de débit d'écoulement du dialysat, en amont et en aval de sa zone de contact avec la membrane. Si un réglage approprié et précis de la dialyse doit résulter de telles observations, il est important que l'appareil utilisé pour ces observations soit capable de détecter des variations de débit même très faibles du dialysat. L'invention concerne un appareil perfectionné de détection qui convient particulièrement à la détection de variations même très faibles du débit d'écoulement d'un fluide. Conformément à une forme préférée de réalisation, l'appareil selon l'invention comporte un corps céramique plat et rigide dans lequel sont formés deux canaux symétriques destinés au transport d'un fluide, par exemple un dialysat, dont des variations du débit d'écoulement doivent être observées. Ce corps présente un degré élevé de stabilité dimensionnelle et de forme dans une plage extrêmement large de conditions de fonctionnement. Cette stabilité est critique pour permettre la détection de petites variations du débit d'écoulement d'un fluide. Autrement dit, toute instabilité sensible des dimensions introduit des conditions qui masquent de faibles variations. L'invention a également pour caractéristique, dans deux formes de réalisation différentes décrites ciaprès, des configurations de distribution particulière pour des conducteurs qui sont disposés dans les canaux mentionnés ci-dessus afin d'entrer en contact avec le fluide s'écoulant dans ces canaux. Ces agencements sont conçus pour élever au maximum ce qui peut être considéré comme le rapport signal/bruit et pour accroître ainsi la capacité de l'appareil à détecter de petites variations d'écoulement. Le corps qui renferme les canaux et les conducteurs mentionnés ci-dessus est conçu pour placer ces conducteurs et canaux sensiblement dans un plan commun qui, lorsque l'appareil est monté pour être utilisé, est disposé à peu près perpendiculairement aux lignes de flux d'un champ magnétique extérieur. En présence d'un tel champ magnétique et alors qu'un fluide conducteur s'écoule dans les canaux, des tensions sont développées entre les conducteurs associés aux canaux et ces tensions sont mises en relation l'une avec l'autre, extérieurement, de façon à permettre un contrôle ou une détection instantané de la différence qui existe, le cas échéant, entre le débit d'écoulement du fluide dans un canal et celui du fluide s'écoulant dans l'autre canal. Une tuyauterie appropriée est évidemment prévue, lors de la mise en place d'une machine d'hémodialyse, pour relier l'un des canaux afin qu'il reçoive le flux de dialysat en amont de la membrane d'échange des impuretés, et pour relier l'autre canal afin qu'il reçoive le flux de dialysat en aval de la membrane. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue schématique extrêmement simplifiée d'un équipement d'hémodialyse comportant l'appareil de détection selon l'invention la figure 2 est une vue schématique partielle simplifiée représentant plus en détail des caractéristiques d'une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention, comprenant des canaux de fluide branchés pour permettre des écoulements à contre-courant du fluide contrôlé la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, mais montrant un branchement des canaux permettant des écoulements dans le même sens du fluide contrôlé la figure 4 est une vue en perspective éclatée de la forme de réalisation de l'appareil selon l'invention montrée sur les figures 2 et 3 la figure 5 est une coupe transversale partielle de l'appareil de la figure 4 auquel certains conduits et d'autres accessoires sont ajoutés la figure 6 est une coupe longitudinale partielle de l'appareil montré sur la figure 5 ; et la figure 7 est une vue partielle en perspective d'une variante de l'appareil selon l'invention. Les figures, et tout d'abord la figure 1, représentent globalement en 10, sous une forme schématique et très simplifiée, ce qui peut être considéré comme un équipement d'hémodialyse, comprenant une machine 12 d'hémodialyse qui est branchée de façon à traiter le courant sanguin d'un patient représenté schématiquement en 14. La machine 12 comprend dans ce cas l'équipement habituel 16 de commande du dialysat, un dispositif 18 à membrane, et un dispositif 20 de contrôle ou de détection de fluide selon l'invention. Les flèches 22 indiquent sur cette figure le sens d'écoulement du dialysat sur un côté de la membrane 18a du dispositif 18, et les flèches 24 indiquent le sens d'écoulement du sang sur le côté opposé de la membrane 18a. Le dialysat est pompé de l'équipement 16 de manière à s'écouler de la droite vers la gauche, dans l'orientation de la figure 1, à travers le dispositif 20 de détection, à descendre le long de la membrane 18a et à revenir vers l'équipement 16, de la gauche vers la droite en passant à travers le dispositif 20 de détection. Le sang provenant du patient est pompé vers le bas, par pulsations, le long de la membrane 18a,au moyen d'une pompe classique montrée schématiquement en 26. La figure 2 montre la structure et le fonctionnement du dispositif 20 de détection sous une forme relativement plus détaillée, bien qu'encore très schématique. D'une façon générale, le dispositif de détection ou de contrôle comprend un corps plan et rigide 28 dont la construction sera brièvement détaillée, dans lequel sont ménagés deux canaux 30 et 32 d'écoulement de fluide destinés au transport d'un fluide tel qu'un dialysat à travers le corps. Le plan du corps 28 coincide avec celui de la figure. Les canaux 30 et 32, qui sont courbés l'un vers l'autre de façon symétrique afin que leurs tronçons centraux soient rapprochés, son désignés dans ce cas premier et second canaux. Leurs tronçons centraux traversent ce qui est appelé une zone 33 de contrôle ou de détection qui s'étend dans le plan du corps 28. L'extrémité de droite du conduit 30 est reliée par un tuyau convenable au côté supérieur de l'équipement 16 de commande mentionné précédemment. L'extrémité de gauche de ce canal est reliée de la même manière à l'extrémité supérieure du dispositif 18 à membrane. L'extrémité de droite du canal 32 est reliée par un tuyau au côté de retour de l'équipement 16 et son extrémité de gauche est reliée au côté inférieur du dispositif 18. Deux conducteurs 34 et 36, également appelés premier et second conducteurs, respectivement, sont associés au canal 30. De même, deux conducteurs 38 et 40, également appelés premier et second conducteurs, respectivement, sont associés au canal 32. Les conducteurs 34 et 38 sont placés sur les côtés extérieurs des seuls tronçons centraux des canaux 30 et 32. Les conducteurs 36 et 40 sont disposés le long des côtés intérieurs des canaux 30 et 32, respectivement, et, dans la forme de réalisation décrite cidessous, ils s'étendent de façon continue sur toute la longueur de ces canaux. Chacun de ces quatre conducteurs peut établir un contact conductif avec le fluide circulant dans les canaux. Les extrémités extérieures 36 et 40 sont reliées l'une à l'autre de façon conductive, comme représenté, et elles sont connectées en commun à la masse. Le conducteur 34 est relié, par l'intermédiaire d'un amplificateur 42 et d'une résistance 44, à l'entrée d'inversion d'un amplificateur opérationnel 46. De façon similaire, le conducteur 38 est relié par l'intermédiaire d'un amplificateur 48 et d'une résistance 50 à l'entrée directe de l'amplificateur 46. Ce dernier, également appelé dispositif de mise en relation, assume la fonction d'un amplificateur différentiel qui produit une tension continue sur un conducteur de sortie 52. Le niveau de cette tension est directement proportionnel à la différence entre les tensions appliquées aux deux entrées de l'amplificateur. La polarité dépend des polarités relatives des tensions appliquées à ces entrées. Un dispositif tel qu'un électro-aimant (non représenté sur la figure 2), est utilisé avec le dispositif 20 de détection pour produire un champ magnétique dont les lignes de flux sont perpendiculaires au plan de la figure 2. L'homme de l'art peut comprendre, d'après la description donnée ci-dessus, comment le dispositif 20 de détection fonctionne. Lorsqu'un champ magnétique tel que mentionné ci-dessus est présent, un fluide conducteur tel qu'un dialysat, circulant dans les canaux 30 et 32, induit des tensions entre les conducteurs 34, 36 et entre les conducteurs 38, 40, respectivement. Les niveaux de ces tensions dépendent de l'écoulement du dialysat dans les canaux 30, 32. Lorsque le dialysat s'écoule à travers le dispositif 18 à membrane, son débit d'écoulement peut varier comme conséquence du processus d'hémodialyse. Par conséquent, le débit d'écoulement du dialysat par le canal 30 peut être différent (c'est-à-dire supérieur ou inférieur) de celui du dialysat s'écoulant dans le canal 32.Par conséquent, si une telle situation existe, une différence de tension apparaîtra entre les entrées de l'amplificateur 46, et cette différence fera apparaitre sur le conducteur 52 un signal de sortie pouvant être interprété pour indiquer directement la variation du débit d'écoulement qui s'est produite à la suite du passage du dialysat à travers le dispositif 18 à membrane. Comme mentionné précédemment, cette information peut donner une indication directe du déroulement du procédé (en ce qui concerne la migration des fluides). Non seulement ce fonctionnement du dispositif 20 de détection sera bien compris de l'homme de l'art, mais il sera également bien compris le fait que les variations de débit d'écoulement telles qu'indiquées ci-dessus sont en général extrêmement faibles. En conséquence, les différences de tension appliquées aux entrées de l'amplificateur 46 seront également extrêmement faibles. Dans ces conditions, il est extrêmement important que le dispositif 20 de détection soit réalisé afin d'être à la fois sensible à des variations extrêmement petites du signal, et résistant aux variations dimensionnelles se produisant avec le temps et pouvant introduire un facteur d'erreur important. Compte tenu de ces considérations importantes, on peut à présent examiner les figures 4, 5 et 6 qui montrent en détail une forme de réalisation proposée pour le dispositif 20 de détection. La figure 4 représente en-perspective éclatée diverses pièces constituant le corps 28 et les conducteurs 34, 36, 38 et 40. Le corps 28 est réalisé dans ce cas sous la forme d'un stratifié à cinq feuilles ou plaques indiquées en 28a, 28b, 28c, 28d et 28e. Bien que différentes matières puissent être utilisées pour ces plaques, il est apparu particulièrement avantageux d'utiliser une céramique de verre commercialisée sous la marque "Photoceram" et produite par la firme Corning Glass Works, Corning, New York, Etats Unis d'Amérique. Les feuilles indiquées ci-dessus comme constituant le corps 28 seront désignées ci-après "plaques". Chacune de ces plaques présente une longueur d'environ 5 cm et une largeur d'environ 2,5 cm. Chacune des plaques 28a, 28c, 28d et 28e présente une épaisseur d'environ 1,27 mm. La plaque 28b présente une épaisseur d'environ 0,5 mm. La plaque 28a constitue une plaque de base et, à l'exception de deux trous 54 de montage, cette plaque se présente sous la forme d'une feuille continue. La plaque 28b présente deux canaux coudés 56 et 58 dont des tronçons centraux 56a et 58a sont courbés l'un vers l'autre, de façon symétrique. Des rainures 60 et 62, qui logent les conducteurs 34 et 38, respectivement, mentionnés précédemment, partent des côtés opposés centraux de la plaque 28b vers l'intérieur, en direction des canaux 56 et 58. Ces deux conducteurs 34 et 38 de la forme de réalisation décrite se présentent sous la forme de lames minces et planes dont les extrémités intérieures apparaissent sur les côtés extérieurs des tronçons centraux des canaux 56 et 58. Les conducteurs 36 et 40 se présentent sous la forme de minces fils métalliques allongés qui s'étendent sur toute la longueur des canaux 56 et 58, le long des côtés intérieurs de ces canaux. La plaque 28b présente également des trous 64 de montage alignés avec les trous 54 de montage mentionnés précédemment. La plaque 28c présente quatre espaces vides obliques 66a, 66b, 68a et 68b, répartis symétriquement. Ces espaces vides sont destinés à s'appliquer au-dessus des tronçons extrêmes extérieurs des canaux 56 et 58 avec lesquels ils correspondent. La plaque 28c présente également des trous 70 de montage destinés à être alignés avec les autres trous de montage mentionnés précédemment. La plaque 28d est en de nombreux points d'une réalisation analogue à celle de la plaque 28c. Par conséquent, cette plaque 28d présente quatre espaces vides 72a, 72b, 74a, 74b, disposés symétriquement et destinés à s'appliquer au-dessus des extrémités extérieures des espaces vides formés dans la plaque 28c auxquelles ils correspondent. Chacun des espaces vides de la plaque 28d est divisé longitudinalement par une pale ou aube centrale telle que les aubes 76 et 78 dont les fonctions seront indiquées ci-après.- La plaque 28d, de même que les autres plaques de montage déjà décrites, présente des trous 80 de montage. La plaque 28e présente une ouverture centrale rectangulaire 82, quatre trous d'angle 84a, 84b, 86a, 86b et deux trous de montage 88. Les-trous 84a et 84b sont destinés à s'appliquer sur les extrémités extérieures des espaces vides 72a et 72b de la plaque 28d. De même, les trous d'angle 86a et 86b sont destinés à s'appliquer sur les extrémités extérieures des espaces vides 74a et 74b, respectivement. Lés cinq plaques décrites ci-dessus sont liées entre elles, par un procédé classique de traitement thermique, afin de former un-corps monolithique d'un seul bloc. Les figures 5 et 6 montrent le corps ainsi réalisé. Dans la forme finale illustrée sur ces deux figures, le canal 32 mentionné précédemment est constitué du canal 58 ménagé dans la plaque 28b, des espaces vides 68a, 68b ménagés dans la plaque 28c et des zones vides 74a et 74b ménagées dans la plaque 28d. Ainsi qu'on peut le voir nettement sur la figure 6 qui montre le canal 32, ce dernier peut être considéré comme ayant des extrémités extérieures de forte section et une partie centrale de très faible section. Une raison importante pour cette forme de réalisation est de favoriser un écoulement de fluide à grande vitesse dans le tronçon central du canal. De même, le canal 30 mentionné précédemment est constitué du canal 56 ménagé dans la plaque 28b, des espaces vides 66a et 66b ménagés dans la plaque 28c et des zones vides 72a et 72b ménagées dans la plaque 28d. Les aubes qui sont formées dans la plaque 28d, telles que les aubes 76 et 78, sont destinées à minimiser la turbulence dans l'écoulement du fluide. Les trous de-montage mentionnés précédemment sont utilisés pour permettre le montage de raccords convenables de fluide sur les extrémités extérieures des canaux 30 et 32. De tels raccords sont représentés globalement en 90 sur les figures 5 et 6. Comme représenté en particulier sur la figure 5, le raccord de droite est représenté avec coupe partielle afin d'en montrer des détails de la réalisation. Ainsi qu'on peut le voir, le raccord comporte un tube allongé 92 de raccordement qui est emboîté sur un joint annulaire 94 de manière que son extrémité inférieure pénètre dans le trou 86a de la plaque 28e.Une barre 96 de bridage est montée sur le tube 92 de raccordement, comme représenté, et sur l'élément correspondant du raccord de gauche représenté sur la figure 5, et cette barre est maintenue en position par un ensemble 98 à écrou et vis qui passe dans le groupe adjacent de trous alignés de montage ménagés dans les plaques constituant le corps 28. Les tubes des raccords et les barres de bridage, telles que la barre 96, sont de préférence réalisés en matière conductrice du courant électrique, ces éléments étant connectés aux extrémités des conducteurs 36 et 40, aux extrémités opposées du corps 28. Pour achever la description des figures 5 et 6, on indiquera les parties polaires opposées d'un électroaimant classique, représentées en trait mixte en 100 et 102. Chacune de ces parties polaires présente, en coupe (c'est-àdire dans un plan perpendiculaire au plan de la figure 5), une forme sensiblement carrée. La partie polaire 100 descend dans l'ouverture 82 de la plaque 28e. La partie polaire 102 est située immédiatement au-dessous de la plaque 28a. Lorsque cet électro-aimant est excité, les parties polaires 100 et 102 créent un champ magnétique qui passe dans les tronçons centraux des canaux 30 et 32 et dont les lignes de flux magnétique sont orientées à peu près perpendiculairement aux plans des plaques 28a, 28b, 28c, 28d et 28e. Les positions relatives du dispositif 20 de détection et de l'électro-aimant décrits sont fixées de toute manière convenable afin que le dispositif de détection ne puisse se déplacer par rapport à l'électro-aimant. Il apparaît à présent comment un grand nombre de caractéristiques importantes exigées par le dispositif 20 de détection et mentionnées précédemment sont obtenues par la forme de réalisation décrite ci-dessus.Bien que des matières rigides différentes puissent être utilisées pour constituer le corps 28, la matière mentionnée précédemment est apparue comme présentant-une stabilité dimensionnelle extrêmement élevée, ce qui est important pour maximiser la sensibilité du dispositif de détection à des variations du débit d'écoulement d'un fluide. En réalisant le corps 28 en une structure stratifiée, il est relativement simple de déterminer avec précision les formes et les dimensions des canaux 30 et 32, et en particulier le profil des canaux ayant pour résultat une diminution de leur section jusqu'à une valeur minimale atteinte dans les tronçons centraux des canaux.Ce rétrécissement favorise un écoulement de fluide à vitesse extrêmement élevée dans les tronçons centraux des canaux, et cette caractéristique contribue de façon également appréciable à la sensibilité. Les conducteurs 34, 36, 38 et 40 étant configurés et disposés comme représenté, le rapport signal/bruit qui caractérise le dispositif de détection est amélioré. En particulier, il est apparu extrêmement utile, en ce qui concerne les conducteurs 34 et 38, de les mettre en contact avec le fluide circulant dans les canaux 30 et 32 par une communication relativement faible et "seulement centrale". L'association de ces conducteurs avec les conducteurs correspondants 36 et 40, qui sont répartis sur toute la longueur des canaux, s'est avérée tout à fait satisfaisante. Les aubes anti-turbulence mentionnées précédemment contribuent également à la sensibilité et à un meilleur rapport signal/bruit. La figure 3 montre une autre manière d'utiliser le dispositif 20 de détection. La réalisation du dispositif de détection reste inchangée, mais la façon dont le fluide s'écoule à travers ce dispositif et la façon dont un signal de sortie est produit sont différentes. En ce qui concerne, tout d'abord, l'écoulement du fluide, il convient de noter que, alors que dans la forme de réalisation montrée sur la figure 2, les écoulements de fluide dans les canaux 30 et 32 s'effectuent en sens opposés,dans l'agencement montré sur la figure 3, les écoulements sont de même sens. Le conducteur 34 est connecté par l'intermédiaire de l'amplificateur 42 et de la résistance 44 à un noeud 104 de sommation qui est relié à l'entrée directe de l'amplificateur 46. Le conducteur 38 est connecté par l'intermédiaire de l'amplificateur 48 et de la résistance 50 également au noeud 104. L'entrée d'inversion de l'amplificateur 46 est à la masse, comme représenté. Dans ce cas, l'amplificateur 46 assume la fonction d'un noeud de sommation et il produit, sur le conducteur 52 de sortie, un signal qui, comme mentionné précédemment, dépend directement de la différence de débit entre les écoulements de fluide dans les canaux 30 et 32. Dans la forme de réalisation du dispositif 20 de détection décrite ci-dessus, les conducteurs 36 et 40 sont continus et s'étendent sur toute la longueur des canaux 30 et 32. La figure 7 montre une variante dans laquelle les conducteurs correspondant aux conducteurs 36 et 40 sont répartis plutôt qu'étendus de façon continue dans les canaux 30 et 32. Ils se présentent plus particulièrement sous la forme de minces bandes conductrices qui avancent symétriquement sur de faibles distances- dans les extrémités opposées des canaux 56 et 58 de la plaque 28b. Ainsi, des bandes 106 pénètrent dans les extrémités opposées du canal 56 et des bandes 108 pénètrent dans les extrémités opposées du canal 58. Les bandes 106 et 108 sont reliées électriquement lés unes aux autres à l'extérieur du corps 28. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de détection des variations du débit d'un fluide conducteur s'écoulant dans un circuit, caractérisé en ce qu'il comporte un corps rigide (28) présentant des premier et second canaux allongés (30, 32) d'écoulement de fluide, sensiblement parallèles et symétriques, destinés chacun à faire circuler le fluide dans le circuit, à travers le corps, dans un sens choisi, chaque canal comprenant un tronçon central qui s'étend à travers une zone de détection qui est définie par le corpset qui occupe sensiblement un plan pouvant être placé dans un champ magnétique extérieur défini, à peu près perpendiculairement aux lignes de flux magnétique du champ, un premier conducteur (34, 38) associé à chaque canal et disposé sensiblement dans ledit plan, à l'intérieur du tronçon central du canal associé, ce conducteur étant exposé par un côté au fluide circulant dans le canal, un second conducteur (36, 40) associé également à chaque canal et disposé sensiblement dans ledit plan et exposé au fluide circulant dans le tronçon central du canal, sensiblement sur le côté opposé dudit tronçon central à celui associé au premier conducteur, les seconds conducteurs étant placés en des points espacés axialement et symétriquement le long du canal par rapport au tronçon central, et un dispositif (46) relié de façon conductive aux premier et second conducteurs afin de mettre en relation -les tensions respectives développées entre les premier et second conducteurs associés à chacun des deux canaux. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second conducteurs associés à un canal sont disposés symétriquement par rapport aux conducteurs correspondants associés à l'autre canal. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux seconds conducteurs sont reliés de façon conductive l'un à l'autre. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun des seconds conducteurs s'étend en continu sur toute la longueur du canal associé. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun des seconds conducteurs comprend deux conducteurs espacés (106, 108) qui pénètrent dans le canal associé, par les extrémités opposées de ce canal, tous les conducteurs étant reliés ensemble de façon conductive. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est constitué de plusieurs plaques planes (28a, 28b, 28c, 28d, 28e) liées entre elles, qui occupent des plans sensiblement parallèles au plan de la zone de détection, les canaux étant formés dans plusieurs de ces plaques afin de présenter des sections qui diminuent progressivement vers l'intérieur, le long désdits canaux, de leurs extrémités opposées vers leurs tronçons centraux. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que des aubes anti-turbulence (76, 78) sont formées dans au moins l'une des plaques et pénètrent dans les extrémités des canaux.