Brevet FR2556973A1 — publié le 19850628

L'invention concerne des oxygénateurs du sang par barbotage, du type utilisé en chirurgie du thorax, et elle a trait plus particulièrement à un dispositif perfectionné destiné à diriger l'écoulement du sang et la mousse du sang sur l'échangeur de chaleur de tels oxygénateurs. La présente invention apporte un perfection- nement aux dispositifs décrits dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique N 4 282 180. L'historique des oxygénateurs du sang surs et fiables est relativement bref. Ces oxygénateurs sont utilisés dans la chirurgie à coeur ouvert et dans d'autres opéra- tions et traitements du corps, lorsqu'il est nécessaire d'établir une circulation extracorporelle pour assumer temporairement la fonction du coeur et des poumons du patient. Dans un tel circuit, l'oxygénateur assume habituellement la fonction des poumons du patient, c'est-a-dire le trans- fert vital de l'oxygène dans le sang et. l'élimination de l'anhydride carbonique du sang. En plus du transfert gazeux, l'oxygénateur sert à refroidir ou réchauffer le sang extracorporel. Le refroidissement du sang a pour effet de faire baisser la température du patient et a pour résultat une diminution des besoins en oxygène du patient. Etant donné que l'oxygénation demandée est moindre, le volume de sang extracorporel à oxygéner est plus faible. Des oxygénateurs qui, à la fois, oxygènent le sang et en régulent la température sont bien connus. De tels oxygénateurs du type à barbotage du sang travail- lent en mélangeant le sang appauvri en oxygène, c'est- à-dire le sang veineux, à de l'oxygène pour produire de la mousse de sang. On fait ensuite écouler le sang et la mousse sur un échangeur de chaleur et on les fait passer dans un étage casse-mousse o le sang oxygéné, dont la température est régulée, est placé en réserve pour être utilisé par le patient. Le mélange du sang veineux à l'oxygène se produit généralement dans une certaine forme de chambre mélangeuse. Par exemple, dans un oxygénateur ancien tra- vaillant par barbotage et comportant un échangeur de chaleur intégré, conçu par le docteur Frank Gollan, dans les années 1950, et décrit dans son livre "The Physio- logy of Cardiac Surgery, Hypothermia, Extracorporeal Circulation and Extracorporeal Cooling", on produit la mousse de sang en refoulant de l'oxygène vers une plaque d'injection en verre fritté dans la partie inférieure de la colonne de barbotage dans laquelle le sang veineux est introduit. La mousse de sang s'élève alors le long de la colonne de barbotage, passe sur la zone de l'échan- geur de chaleur et pénètre dans une zone casse-mousse. Il n'a pas été tenté de favoriser le passage de la mousse du sang sur la zone de l'échangeur de chaleur. Les oxygénateurs à barbotage actuellement disponibles ne tentent pas particulièrement de diriger l'écoulement de la mousse de sang sur la zone de l'échan- geur de chaleur. L'oxygénateur décrit dans le brevet N 4 282 180 précité utilise une zone de mélange sang- oxygène et comporte un échangeur de chaleur intégré. Si l'on considère plus en détail la zone de mélange du sang et de l!oxygène de l'oxygénateur décrit dans le brevet précité, représenté schématiquement sur la figure 1 des dessins annexes et décrit ci-après, le sang veineux est introduit dans une chambre annulaire 14 d'une manière sensiblement tangentielle. Pendant que le sang tourne dans la chambre annulaire 14, l'oxygène gazeux est intro- duit sous forme de bulles dans cette chambre à travers un élément 13 de diffusion situé dans le fond de la chambre. Le sang et les bulles d'oxygène forment une mousse qui passe de la chambre annulaire dans un canal 16 de distribu- tion et sur une plaque mélangeuse 20 pour arriver dans une chambre mélangeuse 17 qui contient l'échangeur de chaleur 18. La conception préférée de l'échangeur de chaleur consiste en un conduit hélicoïdal à ailettes d'échange de chaleur sur lequel le sang et la mousse de sang s'écoulent. Etant donné que la forme du conduit est en hélice, l'extrémité supérieure du conduit est nécessairement plus proche du haut de l'oxygénateur que tout tronçon du conduit situé plus bas le long de l'hélice. Par conséquent, l'intervalle entre le canal de distribu- tion et le serpentin d'échange de chaleur augmente en descendant le long de l'hélice formée par le conduit. Aucune direction préférentielle n'est conférée à la mousse de sang sortant du canal de distribution. Le sang et la mousse présentent un degré de tension superficielle très élevé qui provoque parfois un écoulement d'ensemble du sang non dirigé ou non cana- lisé. En conséquence, le sang et la mousse de sang peuvent parfois s'écouler sur la plaque mélangeuse et passer de façon inégale sur le conduit d'échange de chaleur, en s'écoulant davantage sur une partie du serpentin que sur une autre. La présente invention utilise plus complètement l'échangeur de chaleur en établissant un trajet de la zone de mélange du sang et de l'oxygène au conduit enroulé en hélice. Ce trajet peut être délimité par une jupe prolongée qui s'étend de la zone de mélange jusqu'au conduit. La jupe s'étend longitudinalement en hélice afin d'épouser l'hélice formée par le conduit enroulé. La jupe est avantageusement en contact avec le serpentin, bien qu'une utilisation efficace de l'échangeur de chaleur puisse être obtenue si l'intervalle entre la jupe et le serpentin est suffisamment faible pour pouvoir être parcouru sans interruption par un écoulement. La jupe prolongée réduit la possibilité pour le sang et la mousse de sang de s'écouler ensemble, ce qui a pour résultat une répartition plus égale du sang et de la mousse de sang sur la plaque mélangeuse et sur l'échangeur de chaleur. L'utilisation plus intense de l'échangeur de chaleur a pour résultat une transmission de chaleur plus efficace avec une réduction possible du volume de sang extracorporel utilisé. L'agencement à jupe prolongée dirige en outre plus directement le sang et la mousse de sang vers le conduit d'échange de chaleur. Les oxygénateurs de sang dans lesquels le sang et la mousse de sang descendent en coulant sur le conduit d'échange de chaleur fonction- nent efficacement même si le conduit d'échange de chaleur n'est pas en contact avec ou n'est pas à proximité immédiate de la paroi intérieure de la chambre mélangeuse 17 conte- nant l'échangeur de chaleur. Dans ce cas, le sang et la mousse de sang sont avantageusement dirigés vers le serpentin d'échange de chaleur et éloignés de la paroi. Le sang et la mousse qui descendent le long de la paroi évitent le conduit d'échange de chaleur et, par conséquent, la régulation de température qui constitue une caractéris- tique importante de ces oxygénateurs. L'agencement à jupe prolongée dirige l'écoulement de sang et de mousse vers le serpentin d'échange de chaleur en l'éloignant de la paroi, ce qui a pour résultat une utilisation plus complète du conduit d'échange de chaleur. L'invention a pour objet un procédé perfec- tionné pour distribuer du sang et de la mousse de sang sur un conduit d'échange de chaleur dans un oxygénateur à barbotage. L'invention a pour autre objet un dispositif perfectionné pour diriger le sang et la mousse de sang sur un conduit d'échange de chaleur en les éloignant de la paroi intérieure de la chambre mélangeuse. L'invention a également pour objet d'utiliser plus efficacement l'échange de chaleur dans un oxygénateur à barbotage. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limi- tatif et sur lequel: la figure 1 est une élévation schématique avec coupe partielle montrant une interface non modifiée entre la zone de mélange du sang et le serpentin d'échange de chaleur; la figure 2 est une élévation de la jupe prolongée et de la plaque mélangeuse selon l'invention; et la figure 3 est une élévation avec coupe partielle montrant la plaque mélangeuse et la jupe prolon- gée en position de travail par rapport à l'échangeur de chaleur. Les oxygénateurs des types "Bentley BOS Series" se sont avérés des oxygénateurs du sang très efficaces et sûrs. L'invention est conçue pour améliorer encore ce niveau élevé de fonctionnement. On appréciera mieux l'invention en comprenant les oxygénateurs BOS actuels. La structure générale de ces oxygénateurs est celle décrite dans le brevet N 4 282 180 précité et montrée sur la figure 1. La partie supérieure de l'oxy- génateur est destinée généralement à mélanger le sang veineux à de l'oxygène pour produire une mousse de sang. Puis on fait passer cette mousse sur l'échangeur de chaleur o se produisent un transfert de gaz et un échange de chaleur. Du point de vue structurel, de l'oxygène gazeux est introduit dans une chambre annulaire 12 par une entrée 2 de gaz, la chambre annulaire 12 comportant un élément 13 de diffusion qui se présente généralement sous la forme de plusieurs trous permettant l'échappement de l'oxygène gazeux. Le sang veineux est introduit dans une chambre annulaire 14 par l'intermédiaire d'une entrée ou de plusieurs entrées 4 de sang. Des bulles d'oxygène gazeux passent de la chambre annulaire 12 à travers l'élé- ment 13 de diffusion, dans le sang veineux contenu dans la chambre annulaire 14. La mousse de sang s'écoule sur une plaque mélangeuse 20 qui forme une paroi d'un canal 16 de distribution. Des nervures 22 d'entretoisemept peuvent être utilisées pour écarter la plaque mélangeuse 20 de la face inférieure de la chambre annulaire 12 qui définit l'autre paroi du canal 16 de distribution. L'extrémité aval du canal 16 de distribution aboutit généralement à un niveau uniforme à la partie supérieure d'un canal annulaire 17 de mélange, quelle que soit la position de l'extrémité du canal de distribu- tion par rapport au tube échangeur de chaleur 18. Cepen- dant, le tube 18 d'échange de chaleur est constitué généra- lement d'un serpentin hélicoïdal descendant le long de la chambre annulaire 17 de mélange. En conséquence, la spire supérieure du tube 18 d'échange de chaleur s'éloigne davantage et progressivement de l'extrémité du canal 16 de distribution. L'intervalle entre l'extrémité du canal 16 de distribution et la première spire du tube 18 d'échange de chaleur varie entre 1,5 mm au minimum et 16 mm au bout d'un tour complet. En fonctionnement, la mousse de sang s'écoule sur la plaque mélangeuse 20 et arrive par le canal 16 de distribution sur le tube 18 d'échange de chaleur. La tension superficielle du sang et de la mousse de sang a pour effet de regrouper la mousse de sang et de provo- quer son écoulement irrégulier sur la surface de la plaque mélangeuse. Le sang et la mousse arrivant à l'extrémité du canal 16 de distribution s'écoulent alors sur le serpen- tin 18 d'échange de chaleur, d'une manière inégale, reflé- tant la distribution inégale sur la plaque mélangeuse 20. L'utilisation efficace du serpentin 18 d'échange de chaleur peut être obtenue au moyen d'une jupe prolongée 30 partant de la plaque mélangeuse 20. La présence de cette jupe prolongée 30 réduit la tendance de la mousse de sang à se regrouper et à s'écouler préfé- rentiellement sur la plaque mélangeuse 20. En conséquence, la mousse de sang s'écoule sur le serpentin 18 d'échange de chaleur de façon plus uniforme et elle utilise donc une plus grande partie de ce serpentin 18. La jupe prolongée 30 est représentée par rapport à la plaque mélangeuse 20 sur la figure 2. Comme montré, la jupe prolongée 30 et la plaque mélangeuse peuvent être réalisées sous la forme d'une pièce continue, par exemple en polycarbonate. La jupe prolongée 30 s'étend sensiblement dans une direction verticale, bien que la direction ne soit pas critique. Son bord inférieur 32 doit être conçu pour suivre sensiblement la forme de la spire supérieure du serpentin 18 d'échange de chaleur. Le bord 32 est généralement incliné de façon à suivre la spire du serpentin 18. De plus, on peut prévoir une entrée ou une sortie pour le conduit d'échange de chaleur dans le cas o le serpentin est ainsi conçu. Il est apparu que des résultats optimaux sont obtenus lorsque le bord inférieur 32 de la jupe prolongée 30 est en contact avec le tube 18 d'échange de chaleur. La figure 3 montre une jupe prolongée dans une telle disposition par rapport à un tube d'échange de chaleur. Ainsi, un trajet ininterrompu est établi pour que le sang et la mousse de sang s'écoulent de la plaque mélangeuse vers le tube 18 d'échange de chaleur pratiquement sans interruption. Il n'est pas nécessaire que l'intervalle entre le bord inférieur 32 de la jupe prolongée 30 et le tube 18 d'échange de chaleur soit supprimé. Les avantages de l'invention sont obtenus même en l'absence de cet intervalle. Celui-ci doit être suffi- samment faible pour que le sang et la mousse de sang ne tendent pas à se regrouper sur la plaque mélangeuse et sur la jupe prolongée 30. Le positionnement de la jupe prolongée 30 par rapport à d'autres éléments de l'oxygénateur dépend du type d'oxygénateur de sang mettant en oeuvre l'inven- tion. Certains oxygénateurs, tels que l'oxygénateur du type Bentley BOS10, provoquent un écoulement en douceur du sang et de la mousse de sang, en descendant, sur le serpentin 18 de l'échangeur de chaleur. D'une façon idéale, le sang et la mousse de sang descendent sur les spires et ne s'écoulent pas sur la paroi intérieure de la chambre annulaire 17 de mélange, contournant ainsi le serpentin d'échange de chaleur. L'agencement à jupe prolongée aide à assurer que le sang et la mousse de sang sont totalement dirigés sur le serpentin d'échange de chaleur et il réduit la tendance du sang et de la mousse de sang à sortir du canal de distribution et à passer sur la paroi inté- rieure de la chambre mélangeuse. Les avantages de l'invention sont obtenus même dans le cas o le serpentin 18 d'échange de chaleur est en contact avec la paroi intérieure de la chambre mélangeuse 17 ou se trouve à proximité immédiate de cette paroi intérieure. Le sang et la mousse de sang peuvent être répartis uniformément sur le serpentin d'échange de chaleur, utilisant ainsi plus complètement ce serpentin. Dans certains oxygénateurs, le sang et la mousse de sang remontent à travers la chambre annulaire 17 de mélange. L'invention peut être utilisée avantageuse- ment dans un btl oxygénateur pour assurer une distribution plus uniforme du sang et de la mousse sur le serpentin d'échange de chaleur. La jupe prolongée s'étend de la zone de mélange du sang et de l'oxygène jusqu'au bas du serpentin d'échange de chaleur. Le sang et la mousse sont donc dirigés préférentiellement vers le serpentin d'échangeur de chaleur. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être -apportées à l'échangeur de chaleur et l'oxygénateur décrits etLreprésentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur pour le sang destiné à être utilisé dans des oxygénateurs, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens destinés à diriger le sang et la mousse de sang d'une zone de mélange de sang et d'oxygène vers un serpentin (18) d'échange de chaleur. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens destinés à diriger le sang et la mousse de sang comprennent une jupe prolongée (30) reliée à la zone de mélange et s'étendant jusqu'au serpentin d'échange de chaleur. 3. Echangeur de chaleur pour le sang, caracté- risé en ce qu'il comporte une plaque mélangeuse (20) o du sang veineux et de l'oxygène sont mélangés, un serpentin (18) d'échange de chaleur, une jupe prolongée (30) située entre la plaque mélangeuse et le serpentin d'échange de chaleur, la jupe prolongée étant placée en contact avec le serpentin d'échange de chaleur ou à proximité immédiate de ce serpentin. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la jupe prolongée part en continu de la plaque mélangeuse, est en contact avec cette plaque ou en est très rapprochée. 5. Echangeur de chaleur destiné à des oxygéna- teurs de sang, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque mélangeuse (20) o du sang veineux et de l'oxygène sont mélangés, un serpentin hélicoïdal (18) d'échange de chaleur, une jupe prolongée (30) s'étendant en continu de la plaque mélangeuse au serpentin d'échange de chaleur, la jupe prolongée étant en contact avec le serpentin ou à proximité immédiate de celui-ci. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication , caractérisé en ce que le sang veineux et l'oxygène descendent en coulant sur le serpentin hélicoïdal d'échange de chaleur. 7. Echangeur de chaleur selon la revendication , caractérisé en ce que la jupe prolongée présente un bord de forme sensiblement hélicoïdale. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication , caractérisé en ce que la plaque mélangeuse porte plu-- sieurs nervures (22). 9. Oxygénateur du sang comprenant une zone mélangeuse dans laquelle du sang et de l'oxygène sont mélangés, et un serpentin hélicoïdal (18) d'échange de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte en outreune jupe prolongée (30) s'étendant de la zone mélangeuse jusqu'au serpentin d'échange de chaleur ou à proximité immédiate de ce serpentin.