FR2692153A1 - Filtre échangeur de chaleur et d'humidité. - Google Patents

Abstract

Un filtre échangeur de chaleur et d'humidité comprend une couche de support hydrophobe (10) avec une couche de support hydrophile (11). Le filtre peut être utilisé médicalement au niveau de l'extrémité de patient de systèmes de respiration ouverts avec la matière hydrophile (11) en aval du patient dans le passage d'exhalation. La matière hydrophobe (10) empêche le passage de gouttelettes d'eau et de globules d'une manière connue et possède également un point de bulle suffisamment élevé pour piéger des micro-organismes. La matière hydrophile capture la vapeur d'eau qui passe à travers la matière hydrophobe et permet ainsi à davantage d'humidité d'être retenue par le filtre. Cette humidité est prélevée par les gaz inhalés et sert à procurer une humidité additionnelle à ces gaz inhalés.

Description

FILTRE D'ECHANGE DE CHALEUR ET D'HUMIDITE

L'invention se rapporte à des filtres de

retenue de chaleur et d'humidité.

Chez l'être humain, l'air inspiré est filtré par les cavités nasales et les voies respiratoires supérieures De plus, dans la plupart des climats, l'air inspiré contient une proportion de vapeur d'eau, et pendant son passage vers les poumons, l'air inspiré devient totalement saturé avec de l'humidité qui est prélevée dans le mucus sécrété par les cellules épithéliales des membranes muqueuses qui se trouvent dans les voies respiratoires Dans certaines procédures médicales et également, par exemple, dans l'alimentation en air d'espaces clos tels que des cabines d'avion, les niveaux d'humidité dans l'air inspiré peuvent être inférieurs à ce qui s'avère

optimal pour une respiration satisfaisante.

Par exemple, des procédures tel que l'intubation ou la trachéotomie contournent ces voies respiratoires supérieures et aucune fonction de filtration ou de saturation n'est réalisée sur des gaz inspirés depuis l'appareil de ventilation utilisé dans ces procédures Les conséquences cliniques de l'inspiration de gaz non filtrés et non saturés sont bien documentées On peut se reporter par exemple à l'article "Filtration and Humidification" par Lloyd et Roe dans le volume 4, numéro 4, de l'édition Octobre/Décembre 1991 de la publication "Problems in Respiratory Care" On peut également se reporter à l'article intitulé "Humidification for Ventilated Patients" par Ballard, Cheeseman, Ripiner et Wells aux pages 2 à 9 du volume 8 ( 1992) de la publication

"Intensive and Critical Care Nursing".

Afin de surmonter ces problèmes, c'est une pratique courante que d'inclure dans l'appareil de ventilation un dispositif qui à la fois filtre l'air expiré et chauffe et humidifie les gaz inspirés Ces dispositifs sont exposés dans les deux publications citées ci-dessus et dans l'article "A Comparison of the Filtration Properties of Heat and the Moisture Exchangers" par Hedley et Allt-Graham dans Anaesthesia 1992, volume 47, pages 414 à 420, et dans l'article "An Alternative Strategy for Infection Control of Anesthesia Breathing Circuits: A Laboratory Assessment of the Pall HME Filter" par Berry et Nolte, pages 651 à

655 de la publication "Anesth Analg" 1991; 72.

La publication Lloyd et Roe identifie trois catégories de filtres d'échange de chaleur et d'humidité La première catégorie est appelée filtres d'échange de chaleur et d'humidité "hygroscopiques (première génération)" Ceux-ci contiennent de la laine, de la mousse ou des matières analogues à du papier qui sont habituellement imprégnées avec des produits chimiques hygroscopiques tels que du chlorure de lithium ou du chlorure de calcium afin d'absorber chimiquement des molécules de vapeur d'eau présentes dans la respiration exhalée La deuxième catégorie est appelée filtres d'échange de chaleur et d'humidité "hygroscopiques (deuxième génération)é Ceux- ci sont les mêmes que ceux de la première génération mais avec l'addition d'une matière de filtre en feutre à électret Les électrets sont des matières qui maintiennent une polarité électrique permanente et forment un champ électrique autour d'eux sans champ

électrique externe Ces matières enlèvent des micro-

organismes par interaction électrostatique Un exemple

de cela est représenté dans le document EP-A 1-0011847.

Le document EP-A 2-0265163 divulgue l'utilisation d'une couche de matière de filtre hydrophobe et d'une couche de mousse hydrophile dans un boîtier Les couches sont formées par des feuilles plates non collées en contact La couche hydrophobe est en fibres de polypropylène qui sont chargées de manière électrostatique afin de réaliser une filtration virale et bactérienne et afin d'agir comme électret de la deuxième catégorie de filtres décrite ci-dessus La couche de mousse est traitée afin d'absorber l'humidité Elle agit comme une matière similaire à l'agencement du document EP-A-0011847 avec ses

inconvénients en rapport.

La troisième catégorie implique l'utilisation

d'une membrane hydrophobe qui enlève des micro-

organismes par filtration pure et retient l'humidité sur la surface de la membrane du fait de son caractère hydrophobe. Les trois catégories de filtre fonctionnent toutes globalement de la même manière Lors de l'expiration, la vapeur d'eau expirée condense sur le filtre et lors de l'inspiration, les gaz inspirés recueillent la vapeur d'eau (et la chaleur) provenant du dispositif par évaporation Les micro- organismes tels que les bactéries et les virus sont enlevés de l'air expiré et inspiré par les filtres de leurs

manières respectives.

La première catégorie de filtres trouve peu d'applications courantes Ils présentent de faibles rendements d'enlèvement des bactéries transportées par l'air même lorsqu'ils sont imprégnés avec des agents bactéricides De plus, du fait de leur mode d'action, ils ne procurent pas instantanément un rendement d'échange de chaleur et d'humidité maximum et ont une période d'acclimatation relativement longue avant que des niveaux d'état stabilisés soient obtenus De plus, ils ont des pores relativement grands et une épaisseur relativement forte qui permettent à des liquides de s'imprégner dans les pores et de passer à travers la matière, ce qui conduit à un état colmaté par de l'eau

et une augmentation consécutive de résistance.

La deuxième catégorie de filtres offre des niveaux améliorés de filtration de micro-organismes comparée aux filtres hygroscopiques de première génération Le problème des liquides contaminés qui passent à travers les couches du fait des tailles de pore relativement importantes subsiste néanmoins De plus, et comme cela est expliqué dans le document de Lloyd et Roe, les rendements de filtre ne peuvent atteindre le niveau de 99,9977 % qui a été suggéré comme valeur d'enlèvement minimum afin de rendre un filtre

adapté à une utilisation clinique.

La troisième catégorie de filtres, qui utilise des membranes hydrophobes, a des pores extrêmement petits avec un point de bulle mouillé à l'alcool supérieur à 6962,54 Pa Le point de bulle est mesuré selon la méthode de l'American Society of Testing Materials Ceci empêche le passage de liquides

contaminés aux pressions de ventilation habituelles.

Ces filtres agissent également comme une barrière aux micro-organismes transportés par l'eau et permettent d'obtenir des rendements supérieurs à 99,9977 % Dans de nombreux cas, les filtres à membrane hydrophobe s'avèrent procurer un échange de chaleur et d'humidité comparable à la respiration nasale normale Un rendement d'humidification optimal apparaît

pratiquement instantanément.

La respiration expirée contient de l'eau non seulement sous la forme de gouttelettes d'eau et de

globules, mais également sous la forme de vapeur d'eau.

Il est possible que cette vapeur d'eau passe à travers le filtre et soit perdue dans le système Ceci signifie que lors de l'inspiration, toute l'eau expirée n'est pas disponible pour l'humidification En général, ceci n'est pas un problème Toutefois, comme cela est exposé dans le rapport technique intitulé "Use of the Pall Heat and Moisture Exchange Filter (HMEF) with Cold Humidification" par Belkowski et Brandwein de Pall Corporation, publié en 1992 en tant que publication technique Pall PCC 19210 M, un petit nombre de patients sous ventilation à long terme peut nécessiter une humidification supérieure à ce qu'un filtre d'échange de chaleur et d'humidité de la troisième catégorie peut procurer Le rapport technique suggère que ce problème peut être surmonté en incorporant un humidificateur dans le circuit de respiration Une autre tentative pour surmonter ce problème consiste à combiner la matière hydrophobe avec une matière hygroscopique du type utilisée dans les première et deuxième catégories

afin d'absorber de l'eau.

Le document GB-A-2167307 divulgue un filtre d'échange de chaleur et d'humidité comportant des couches hydrophobes et hydrophiles alternées montées dans un boîtier avec les couches hydrophiles qui sont imprégnées avec une matière hygroscopique Elles sont

susceptibles de souffrir d'un colmatage par l'eau.

Selon un premier aspect de l'invention, il est prévu un filtre d'échange de chaleur et d'humidité comportant un boîtier ayant une première partie pour raccordement à une alimentation en gaz respirable et à une conduite d'expiration et une deuxième partie pour raccordement à une personne inhalant et exhalant le gaz, le boîtier contenant une feuille de support hydrophile et une feuille de support de filtrage hydrophobe disposées en série dans un passage d'écoulement entre les première et deuxième parties, le support hydrophile étant plus proche de la première partie dans ledit passage d'écoulement et le support hydrophobe ayant un point de bulle d'alcool supérieur à 6962,54 Pa afin d'enlever les micro-organismes. Dans les trois catégories de filtre, il est essentiel que les supports de filtrage ne produisent pas une chute de pression substantielle au point de rendre difficiles l'inspiration et l'expiration de l'air Ceci n'est habituellement pas un problème avec des filtres des première et deuxième catégories, du fait que la taille de pore des supports de filtrage est suffisamment grande pour ne pas produire une chute de pression suffisante pour entraîner un problème Les filtres de la troisième catégorie peuvent cependant

souffrir de ce problème.

Les feuilles de support de filtrage sont de préférence plissées Ceci procure une surface plus grande de supports et réduit ainsi la chute de

pression.

Selon un deuxième aspect de l'invention, il est prévu un procédé de fabrication d'un filtre d'échange de chaleur et d'humidité comportant le fait de prendre une feuille de support hydrophobe ayant un point de bulle d'alcool supérieur à 6962,54 Pa et ayant deux surfaces opposées, de prendre une feuille de support hydrophile ayant deux surfaces opposées, et de relier une surface du support hydrophobe à une surface

du support hydrophile.

Ce qui suit est une description détaillée de

certaines formes de réalisation de l'invention, à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en bout schématique d'un filtre d'échange de chaleur et d'humidité réalisé à partir de supports de filtrage plissés, La figure 2 est une vue schématique d'une première configuration d'un support hydrophile du filtre de la figure 1, et La figure 3 est une vue schématique d'une deuxième configuration d'un support hydrophile du

filtre de la figure 1.

La figure 4 est une vue schématique d'un patient artificiel pour utilisation dans l'essai du rendement d'échange de chaleur et d'humidité d'un filtre, La figure 5 représente le patient artificiel de la figure 4 relié à un ventilateur dans une première configuration pour réglage avant les essais, La figure 6 représente le patient artificiel de la figure 4 relié à un ventilateur dans une deuxième configuration pour l'essai du rendement d'échangeur de

chaleur et d'humidité.

La figure 7 est un schéma d'installation utilisée pour la détermination du rendement d'un filtre

par essai aérosol.

Si l'on se réfère à la figure 1, le filtre comporte une feuille de support hydrophobe 10 plissée avec une feuille de matière hydrophile 11 Les deux couches peuvent être séparées ou reliées ensemble en étant stratifiées ou en étant collées par n'importe quel procédé approprié Les supports sont enfermés dans un boîtier 12 comportant une chambre délimitée par une paroi périphérique et deux éléments de fermeture ayant deux orifices 13, 14 qui conduisent vers des côtés opposés respectifs des supports Un orifice constitue une partie de raccordement à l'alimentation en gaz respirable et l'autre orifice constitue une partie de

raccordement à la personne inhalant et exhalant le gaz.

Comme cela est représenté sur les figures 1 à 6, les supports plissés remplissent le boîtier 12 de telle sorte que les plis d'un côté des supports sont adjacents à un orifice 13 et les plis de l'autre côté

des supports sont adjacents à l'autre orifice 14.

Le support hydrophobe 10 est de préférence constitué par des fibres céramiques collées avec de résine et enlève des micro-organismes par interception mécanique directe et possède ainsi un point de bulle mouillé à l'alcool supérieur à 6962,54 Pa Ceci est mesuré par la méthode de l'American Society of Testing Materials Le support hydrophile est de préférence une matière cellulosique La matière ne doit pas perdre de

particules.

Le filtre a de préférence une chute de pression qui n'est pas supérieure à 294,19 Pa pour un écoulement d'air de 60 1/min et un rendement d'enlèvement de bactéries aérosol tel que mesuré par

l'essai aérosol décrit ci-dessous supérieur à 99,999 %.

Le support hydrophile peut, comme cela se voit sur la figure 2, être une feuille continue de matière Comme cela se voit sur la figure 2, il est toutefois discontinu avec une série de rangées de fentes parallèlement espacées prévues à travers le support Les fentes, lorsqu'elles sont prévues, assurent que la chute de pression maximum dans le dispositif est commandée par le support hydrophobe Les fentes permettent un écoulement à travers le support hydrophile même s'il est "mouillé" (c'est-à-dire

devient saturé avec de l'eau).

Le dispositif est utilisé au niveau de "l'extrémité patient" de systèmes de respiration ouverts du type utilisé principalement dans des unités de soins intensifs Ces systèmes sont utilisés par des patients subissant une ventilation à long terme et par des patients qui, du fait de la nature de leur état clinique, nécessitent une humidification supplémentaire

en étant ventilés.

Ces systèmes comportent un ventilateur, un tube reliant le ventilateur à un orifice du dispositif sur le côté support du hydrophile 11, et un tube reliant l'autre orifice sur le côté du support hydrophobe vers le patient inhalant et exhalant du gaz provenant du ventilateur Un système de soupape est prévu et permet à la respiration exhalée de s'échapper par une conduite d'expiration après être passée à

travers le dispositif.

Lors de l'utilisation, le support hydrophobe 10 n'est pas mouillé par les fluides du patient, offre une faible résistance à l'écoulement d'air et offre

également un rendement élevé d'enlèvement des micro-

organismes par interception mécanique.

Le support hydrophile 11 agit de la manière suivante L'eau qui passe à travers le support hydrophobe, presque totalement sous la forme de vapeur d'eau, est capturée par le support hydrophile grâce à sa nature hydrophile Cette humidité s'étale alors sur toute la surface du support hydrophile 11 De cette manière, les gaz inhalés passent d'abord à travers le support hydrophile l o ils prélèvent cette humidité avant de prélever de l'humidité additionnelle dans le support hydrophobe de la manière normale Ceci présente comme avantage par conséquent d'augmenter les niveaux d'humidification, évitant ainsi la nécessité d'utiliser

un humidificateur additionnel.

De plus, cela surmonte un autre problème du support hydrophobe Ceci est dû au fait que comme l'eau ne s'étale pas de manière régulière sur un support hydrophobe, il y a des zones du support qui ne sont pas recouvertes par de l'eau Ceci peut procurer un passage préférentiel pour des gaz inhalés à travers le support hydrophobe, peu ou pas d'humidification se produisant pendant ce passage Du fait que l'humidité s'étale de manière régulière à travers le support hydrophile, ce

problème est compensé -

Le potentiel de blocage du filtre par mouillage du support hydrophile, c'est-à-dire par le support hydrophile qui devient saturé en eau, est évité en choisissant une matière cellulosique de taille de pore et d'épaisseur appropriées de telle sorte qu'elle a une pression de point de bulle suffisamment basse pour permettre l'évacuation de l'eau en excès pendant l'écoulement de gaz Par exemple, une matière cellulosique est disponible auprès de Pall Corporation

avec un point de bulle d'alcool de 627,61 à 1117,93 Pa.

Ceci est mesuré selon la méthode de l'American

Institute of Testing Materials.

La liaison des couches, lorsqu'elle est prévue, rend plus facile le plissage des couches sans former d'espace entre les couches pouvant recueillir de l'eau De plus, le collage est bénéfique pour réduire

ou empêcher le mouillage de la couche hydrophile 11.

Le fait que les supports 10, Il remplissent le boîtier 12 minimisent l'espace mort dans le boîtier 12 Ceci est avantageux du fait que cela minimise le

volume de gaz respiré à nouveau.

Ce qui suit maintenant est une description

des essais d'un dispositif du type décrit ci-dessus en se référant aux dessins avec comparaison avec deux filtres disponibles dans le commerce de la deuxième catégorie décrite dans l'introduction de cette

description (désignés 2 A et 2 B respectivement), deux

filtres de la troisième catégorie cités dans

l'introduction de la description (désignés 3 A et 3 B

ll respectivement) et deux filtres de la troisième catégorie avec l'addition d'une matière hygroscopique

afin de retenir l'humidité (désignés M 3 A et M 3 B).

Le filtre d'exemple de l'invention est réalisé comme cela est décrit ci-dessus avec une

surface d'environ 640 à 650 cm 2.

Le support hydrophobe du filtre d'exemple de l'invention est en fibres de céramique prémélangées collées avec une résine déstabilisée appropriée et ayant un point de bulle mouillé à l'alcool supérieur à 6962,54 Pa mesuré comme cela a été décrit ci-dessus La quantité de résine est de 10 % par rapport aux fibres (poids/poids) Les fibres collées sont alors rendues hydrophobes par n'importe lequel des procédés connus

dans le domaine technique.

Le support de filtrage hydrophile d'exemple de l'invention est en fibres cellulosiques collées avec un liant et ayant la composition et les propriétés suivantes: Fibres: 100 % chanvre Liant: viscose Chute de pression: 725,67 Pa Résistance à la traction: 92 à 115 kg/mm Epaisseur: 0, 081 mm Résistance à la traction: 103 kg/mm imprégné avec de l'huile Résistance à la traction: 44 kg/mm imprégné avec de l'eau Résistance à l'éclatement:3520 à 4400 kg/mm 2 (test Muller) Tous les filtres sont testés pour une perte d'eau, un rendement d'enlèvement des bactéries et un rendement d'enlèvement des virus, en utilisant des

essais qui vont maintenant être décrits.

ESSAI DE PERTE D'EAU

Cet essai est décrit en se référant aux

figures 4 à 6.

Le patient artificiel représenté sur la figure 4 comporte un humidificateur 20 capable de délivrer de l'air expiré avec une teneur en humidité et une température prédéterminées Une première sortie 21 de l'humidificateur est reliée à un poumon en caoutchouc 22 d'une capacité de 2 litres et à un tube de raccordement 23 par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour qui empêche l'écoulement de la sortie 21 vers le tube de raccordement 23 et permet l'écoulement

dans le sens opposé.

La deuxième sortie 25 de l'humidificateur 20 est reliée à un raccord en T 26 par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour 27 et permet l'écoulement de la deuxième sortie 25 vers le raccord en T 26 et empêche l'écoulement dans le sens opposé Le raccord en T 26 est relié à l'autre extrémité du tube de raccordement 23 par un troisième clapet anti-retour 28 qui permet un écoulement du raccord en T 26 vers le tube de raccordement 23 mais empêche l'écoulement dans le sens opposé. L'humidificateur 20 comprend une commande de température 29 qui commande la température de l'air

délivré par l'humidificateur 20.

Lors de l'utilisation, l'humidificateur 20 est rempli avec de l'eau distillé Ensuite, comme cela se voit sur la figure 5, la sortie 30 vers le raccord en T 26 est reliée à la branche 31 d'un raccord en Y 32 Une branche 33 du raccord en Y est reliée par un tube 34 à une entrée d'un ventilateur 35 et la deuxième branche 36 du raccord en Y 32 est reliée par un tube 37

à une sortie du ventilateur 35.

Le ventilateur délivre des gaz respirables par impulsions dont le volume et la fréquence peuvent être commandés Le volume délivré lors d'une impulsion est appelé "volume de respiration" et la fréquence est

mesurée en "respiration par minute".

Lors de l'essai du rendement d'échangeur de chaleur et d'humidité, le volume de respiration du ventilateur 35 est réglé à une valeur connue, par exemple 660 ml, et la fréquence est réglée à une valeur connue, par exemple 15 respirations par minute Chaque volume d'air délivré par le ventilateur 35 passe dans le tube 37 jusqu'au raccord en T 26 Du fait des clapets anti-retour 24, 27, 28, ce gaz passe par le tube de raccordement 23 et dans le poumon en caoutchouc 22 qui se dilate afin de recevoir l'air Lorsque l'impulsion d'air se termine, le poumon en caoutchouc 22 expire l'air qui, du fait du clapet anti-retour, passe à travers l'humidificateur 20 et sort par la deuxième sortie 25 et le raccord en T 26 afin de revenir dans l'entrée du ventilateur 35 en passant par

le tube 34.

Le raccord en T 26 est isolé afin d'empêcher

la formation de condensation.

Le système fonctionne pendant 30 minutes afin de permettre au système de s'échauffer avec la température du patient artificiel réglé à 30 ou 340 C. Après 30 minutes, le ventilateur 35 et la commande de

température 29 du patient artificiel sont coupés.

Ensuite, le tube 34 partant de la première branche 33 du raccord en Y 32 est enlevé et remplacé par un tube ayant en ligne un boîtier 38 contenant 100 gr de produit desséchant Le boîtier 38 est ainsi relié à la première branche 33 du raccord en Y 32 et à

l'entrée du ventilateur 35.

De plus, le filtre d'échange de chaleur et de température 39 devant être testé est inséré dans la tuyauterie entre la sortie 30 et la branche 31 du

raccord en Y 32.

Le patient artificiel est ensuite pesé et les composants entre le raccord en T 26 et le ventilateur sont pesés Ceci comprend le boîtier 38 et son contenu, et le filtre 39 Les poids sont enregistrés à la

décimale près.

Le ventilateur 35 et le patient artificiel sont alors mis en route et fonctionnent pendant une heure Si, pendant cette période, l'air ambiant n'est pas commandé en température, la température de conduite d'expiration (c'est-à-dire la température dans le tube 37) est notée à intervalles réguliers Elle doit être d'approximativement 200 C et ne doit pas dépasser 230 C. Si la température monte au-dessus de 230 C, de la glace ou de l'eau réfrigérée doit passer autour de la

tuyauterie afin de réduire la température.

Après une heure, le ventilateur 35 et la commande de température 29 sont arrêtés Les éléments pesés ci-dessus sont pesés à nouveau et leurs poids

enregistrés à la décimale près.

La perte d'eau est alors calculée en utilisant la formule suivante TV.f t

G 1000

o G écoulement de gaz en litre par minute, TV = volume de respiration en millilitre, f = fréquence en respiration par minute

t = temps de l'essai en minute.

De plus, la surface en pourcentage du circuit est également calculée selon la formule E= 100 (Wi Wf) Wl ou E = le rendement, Wi = poids du circuit d'essai avant l'essai en gramme Wf = poids du circuit d'essai après l'essai en gramme Wl = perte en poids du patient artificiel en gramme Ce chiffre ne doit pas dépasser 10 %, et si il dépasse 10 %, l'expérience n'est pas valable et doit

être recommandée.

Enfin, la perte d'eau du patient est calculée à partir de la formule suivante Wl

PL G

o PL = perte d'eau du patient en milligramme d'eau par litre d'air, et

WL et G ont la signification exposée ci-

dessus.

ESSAI AEROSOL

L'installation comprend un nébuliseur 50 du type vendu par Devilbiss comme modèle 40 L'entrée du nébuliseur est reliée par un filtre 51 et une soupape de commande 52 à l'air ambiant La sortie du nébuliseur 50 est reliée à l'entrée du filtre d'essai 53 au moyen d'un tube 54 Le tube reçoit également de l'air provenant d'une deuxième entrée en passant par un débitmètre d'air 55, une soupape de commande 56 et un

filtre de protection 57.

La sortie du filtre d'essai 53 est reliée à une source de dépression (non représentée) en passant par un filtre de protection 58 et un indicateur de dépression 59 La sortie est également reliée à un échantillonneur à goutte de liquide 60, qui possède une

sortie commandée par soupape 61.

Lors de l'utilisation, la première étape

consiste à préparer une suspension bactérienne Celle-

ci est obtenue en incubant 100 ml de bouillon de culture de soja tryptoné d'une seule colonie provenant d'un bouillon d'agar de soja tryptoné Cette culture est incubée toute une nuit dans un bain d'eau agité à

300 2 WC afin d'assurer une croissance optimale.

Deux échantillons de 5 ml de la culture d'une nuit sont centrifugées (à approximativement 2300 g pendant 10 minutes) Les produits qui surnagent sont jetés et les plaquettes de cellules sont remises en suspension dans 3 ml d'eau stérile Les cellules lavées sont alors recueillies par une nouvelle centrifugation à approximativement 2300 g pendant 10 minutes Les plaquettes de cellules lavées sont alors remises en suspension dans suffisamment d'eau stérile pour donner une suspension de cellules d'approximativement 1 x 108 bactéries/ml. Une coloration de Gram est alors préparée La préparation est examinée avec un microscope composite équipé d'un micromètre oculaire étalonné, et un objectif à immersion d'huile (xl OO) Plusieurs champs du microscope sont observés en ce qui concerne la taille d'organisme et l'agencement des cellules Les pseudomonas diminuta doit être des organismes en forme de bâtonnet du type Gram négatif d'environ 0,3 à 0,4 gm sur 0,6 à 1 gm de taille apparaissant principalement

sous forme de cellules uniques.

L'installation est ensuite validée pour le débit Lors de cette validation, le filtre d'essai 53 est enlevé et remplacé par un débitmètre (non représenté) Le nébuliseur 50 est rempli avec 5 ml d'eau stérile et l'échantillonneur à goutte 60 avec 20 ml d'eau stérile La soupape de commande 52 du nébuliseur 50 est fermée et la soupape de commande 56 du débitmètre d'air 55 est ouverte, le vide est appliqué et l'air est aspiré dans l'installation pendant 30 secondes A 0,5 bar de dépression ou plus, le débit d'air doit être de 28 1/min, régulé par

l'orifice critique de l'échantillonneur 60.

Le nébuliseur 50 est alors activé en ouvrant totalement la soupape de commande 52 associée De manière simultanée, la soupape de commande 56 du débitmètre d'air 55 est partiellement fermée afin de maintenir un écoulement d'air de 28 1/m à travers l'appareil Le débit sur le débitmètre d'air 55 par l'intermédiaire de la commande associée de la soupape de commande 56 est noté L'appareil fonctionne pendant minutes afin de s'assurer que le débit de 28 1/min

est maintenu.

L'installation est ensuite validée en ce qui concerne la récupération des pseudomonas diminuta Pour cela, le filtre d'essai 53 de la figure 7 est enlevé et

remplacé par un échantillonneur Anderson à six étages.

La boîte de Pétri en verre fournie avec l'échantillonneur est remplie avecde l'agar de soja tryptoné à chaque étage L'air devant être échantillonné entre dans l'entrée vers l'échantillonneur et passe en cascade à travers les étages d'orifices successifs avec des vitesses d'orifice successivement plus élevées de l'étage 1 à l'étage 6 Des particules successivement plus petites viennent initialement en contact sur les surfaces

recueillant l'agar de chaque étage.

Un millilitre de la suspension d'approximativement 1 x 108 pseudomonas diminuta par millilitre est dilué à lx 104 par millilitre en utilisant de l'eau stérile Le nébuliseur 50 est rempli

avec 5 ml de cette suspension.

Avec une soupape de commande 56 ouverte et la soupape de commande 52 fermée, le vide est appliqué sur l'installation et l'air est aspiré dans l'installation pendant 30 secondes A 0,5 105 Pa de dépression ou plus, le débit d'air est de 28 1/min et est régulé par

l'orifice critique d'échantillonneur.

Le nébuliseur 50 est ensuite activé en

ouvrant totalement la soupape de commande 52 associée.

Simultanément, la soupape de commande 56 est partiellement fermée au niveau prédéterminé indiqué par l'essai de validation de débit Ceci procure un apport d'air et maintient le débit d'air à 28 1/min à travers l'appareil Après un temps d'essai de 15 minutes, la soupape de commande 52 est fermée et la soupape 56 est totalement ouverte Après 30 autres secondes afin de purger le système de l'aérosol, la source de vide est coupée. Les plaques recueillant l'agar sont alors enlevées de l'échantillonneur Anderson et mises à incuber à 30 20 C Les unités formant des colonies

sont comptées après 24 et 48 heures.

L'installation est validée si les pseudomonas diminuta sont récupérés sur l'échantillonneur Anderson aux étages 6 ou 5 Ceci confirme que des organismes

monodispersés ont été produits par l'installation.

Après ces essais de validation, l'installation est utilisée afin de tester l'efficacité

des filtres de la manière suivante.

Un filtre d'essai 53 est inséré dans l'installation comme cela est représenté sur la figure 7 20 millilitres d'eau stérile sont placés dans l'échantillonneur de liquide 60 et le nébuliseur est rempli avec 5 millilitres de la suspension d'approximativement 1 x 108 pseudomonas diminuta par millilitre. Ensuite, la soupape de commande 56 est ouverte et la soupape de commande 52 est fermée Du vide est appliqué sur l'installation et de l'air est aspiré dans l'appareil pendant 30 secondes Pour un vide de 0, 5 105 Pa ou plus, le débit est de 28 1/min et est régulé par l'orifice critique de l'échantillonneur de liquide 60 Le nébuliseur 50 est alors activé en ouvrant totalement la soupape de commande 52 associée et en fermant partiellement la soupape de commande 56 au niveau déterminé par l'essai de validation de façon à maintenir un débit d'air de 28 1/min. Après un temps d'essai de 15 minutes, la soupape 52 est fermée et la soupape de commande 56 totalement ouverte Après 30 autres secondes afin de

nettoyer le système de l'aérosol, le vide est coupé.

Le liquide restant dans le nébuliseur 50 est alors extrait en utilisant une aiguille et une seringue de 5 millilitres Le volume restant est mesuré en utilisant un tube de mesure en verre de 10 millilitres et le volume est dilué dix fois de suite 7 fois avec de l'eau Les dilutions contenant approximativement 102 bactéries par millilitre sont alors filtrées à travers d'une membrane d'analyse de 0,2 gm en utilisant des stérifils Les membranes d'analyse sont alors placées sur les plaques d'agar de soja tryptoné qui ont incubé à 30 20 C Les unités formant les colonies sont comptées après 24 et 48 heures et le nombre de colonies est enregistré sur des membranes présentant 20 à 200

colonies Le titre du nébuliseur est alors calculé.

Le liquide dans l'échantillonneur à goutte est alors également extrait Le volume est mesuré en utilisant un tube de mesure en verre de 20 ml et ce volume est dilué dix fois de suite 3 fois dans de l'eau stérile 3 fois La solution nette restante et les dilutions résultantes sont filtrées à travers une membrane d'analyse de 0,2 gm en utilisant des stérifils Les membranes d'analyse sont placées sur des plaques d'agar de soja tryptoné et l'orifice de l'échantillonneur à goutte est vérifié afin de

s'assurer qu'il n'est pas bouché.

Les plaques d'agar sont alors mises à incuber à 30 20 C Les unités formant des colonies sont comptées après 24 et 48 heures et le nombre de colonies sur des membranes présentant 20 à 200 colonies sont enregistrées et le nombre de bactéries récupérées en aval du filtre est calculé Le rendement de l'installation est calculé à partir de la formule: Bt x 100 Re = Tf Vn O Re = le rendement d'installation en pourcentage Bt = le nombre total de bactéries récupérées Tf = le titre nébulisé final en unité formant des colonies par millilitre Vn = le volume nébulisé L'efficacité bactérienne du filtre est alors calculée à partir de la formule C = Vn Re nt o C = le rendement total

Vn et re ont les significations exposées ci-

dessus, et nt est le titre de nébuliseur en unité formant des colonies par millilitre La réduction de titre filtré est ensuite calculée à partir des formules C

TR = -

o TR = la réduction de titre du filtre, et

C et Bt ont les significations données ci-

dessus A la suite de cela, le rendement de filtre en pourcentage peut être calculé d'après la formule Rendement de filtre = 1 1 x 100 La perte d'eau est mesurée comme cela est décrit ci-dessus Le volume de respiration est de 660 ml, la vitesse de 15 respirations par minute, et la température d'expiration de patient artificiel de 320 C. Le rendement d'enlèvement de bactéries est testé au moyen de l'essai aérosol décrit ci-dessus, avec pseudomonas diminuta Le rendement d'enlèvement de virus est testé au moyen d'un test aérosol du type décrit ci-dessus avec du bactériophage M 52. Les résultats du test sont donnés au tableau 1.

Tableau 1

Type de filtre perte d'eau rendement d'enlèvement mg/litre bactéries (%) virus (%)

2 A 10,1 99,9976 99,999

2 B 5,3 99,91 pas de données

3 A 8,9 99,9992 99,999

3 B 10,4 99,999 99,999

M 3 A 4,2 99,95 99,1

M 3 B 7 99,981 pas de données Invention 8,4 0,4 (n = 18) 99,999 99,999 On peut voir que les filtres de deuxième catégorie ont soit une forte perte d'eau avec un rendement d'enlèvement relativement élevé ( 2 A), soit une perte d'eau bien plus faible mais avec une réduction correspondante du rendement d'enlèvement ( 2 B) (voir le rendement à 99,9977 % suggéré par Lloyd et Roe comme le minimum pour une utilisation clinique) Les filtres de troisième catégorie ont des rendements d'enlèvement bien plus élevés mais des pertes en eau comparativement élevées Les filtres de troisième catégorie modifiés ont des pertes d'eau bien plus faibles du fait de la présence de la matière hygroscopique, mais ont des rendements d'enlèvement comparativement plus faibles Au contraire, le filtre décrit ci-dessus en se référant aux dessins a un rendement d'enlèvement élevé et une perte d'eau

comparativement faible (inférieure à 8,5 mg/1).

Le filtre décrit ci-dessus en se référant à la figure 1 et ayant les résultats d'essai donnés dans le tableau 1 est également incorporé dans un ventilateur pour un essai clinique et comparé au filtre 3 A disponible dans le commerce du tableau 2 Les filtres sont essayés dans deux conditions (A et B) et la perte d'eau basée sur une utilisation pendant 24 h est donnée dans le tableau 2 Dans la condition A, le volume de respiration est de 480 ml pour 15 respirations par minute et une température d'expiration de 32,4 10 C Dans la condition B, le volume de respiration est de 780 ml pour 15 respirations par

minute et une température d'expiration de 33,2 1 .

Tableau 2

Type de filtre perte d'eau (mg eau/l air) Condition A B 3 A 7,2 1,1 (n = 12)12,1 1,2 (n = 12) Invention 5,3 1 (n = 12) 8,8 1,2 (n = 12) On peut voir que, dans les deux conditions de fonctionnement, le filtre décrit ci-dessus en se référant aux dessins a une perte d'eau bien plus réduite. Cette perte d'eau réduite est maintenue sur une large plage de conditions de fonctionnement Le tableau 3 ci-dessous donne la perte d'eau constatée pour des conditions de fonctionnement différentes spécifiées du ventilateur On peut voir que sur une large plage de faibles volumes (volume de respiration x la fréquence) de 7,2 1/min à 12 1/min, la perte d'eau ne varie pas de manière significative ( 7 mg/l à 10

mg/l) à température constante ( 320 C).

Ce qui précède est constitué par des exemples utilisant des supports spécifiques Il est à noter toutefois que d'autres supports hydrophobes et hydrophiles appropriés peuvent être utilisés dans des

filtres du type décrit ci-dessus.

Bien que les exemples donnés ci-dessus se rapportent à des utilisations médicales, la combinaison des supports hydrophiles et hydrophobes peut être utilisée dans d'autres systèmes o l'air inspiré et expiré est filtré et o un problème qui nécessite l'utilisation d'un filtre de retenue de chaleur et d'humidité apparaît Par exemple, l'air dans une cabine d'avion est envoyé à travers un filtre et peut ne pas

être à une température et une humidité appropriées.

L'utilisation d'un filtre du type décrit ci-dessus peut procurer une alimentation en air d'une cabine d'avion

qui est de la température et de l'humidité requises.

Tableau 3 1.Volume respiration (ml) 480 660 801 1000 660 660 Fréquence (resp /min)15 15 15 10 15 15 Température O C 32 32 32 32 30 34 Volume mini Ilmin 7,2 9,9 12 10 9,9 9,9 Perte eau (mgeau/lair) 8,1 + 0,2 8,4 + 0,4 8,6 + 0,8 9,4 + 0,5 7,3 + 0,5 10,05 n= 5 n= 18 n= 3 n= 4 n= 3 n= 2

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 Filtre d'échange de chaleur et d'humidité, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier ( 12) ayant une première partie pour raccordement à une alimentation en gaz respirable et à une conduite d'expiration et une deuxième partie pour raccordement à une personne inhalant et exhalant le gaz, le boîtier contenant une feuille de support hydrophile ( 11) et une feuille de support de filtrage hydrophobe ( 10) disposées en série dans un passage d'écoulement entre les première et deuxième parties, le support hydrophile ( 11) étant plus proche de la première partie dans ledit passage d'écoulement et le support hydrophobe ( 10) ayant un point de bulle d'alcool supérieur à 6962,54 Pa

afin d'enlever les micro-organismes.

2 Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de support hydrophile ( 11) est en

contact avec la feuille de support hydrophobe ( 10).

3 Filtre selon la revendication 2, caractérisé

en ce que les feuilles sont collées ensemble.

4 Filtre selon la revendication 2, caractérisé

en ce que les feuilles sont stratifiées ensemble.

Filtre selon l'une quelconque des

revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support

hydrophobe ( 10) est constitué par des fibres céramiques

collées par de la résine.

6 Filtre selon l'une quelconque des

revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le support

hydrophile ( 11) est une matière cellulosique.

7 Filtre selon l'une quelconque des

revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les

feuilles du support de filtrage sont plissées.

8 Filtre selon la revendication 7, caractérisé en ce que le boîtier ( 12) comporte une chambre délimitée par une paroi périphérique et deux éléments de fermeture aux extrémités opposés respectives du boîtier ( 12), un élément de fermeture procurant une partie pour raccordement à ladite alimentation en gaz respirable et ladite conduite d'expiration et l'autre élément de fermeture comportant une partie pour raccordement à ladite personne inhalant et exhalant le gaz, les feuilles plissées remplissant ladite chambre de telle sorte que les plis sur un côté des feuilles sont adjacents à une partie et les plis de l'autre côté

des feuilles sont adjacents à l'autre partie.

9 Filtre selon l'une quelconque des

revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la feuille

de support hydrophile ( 11) est continue.

Filtre selon l'une quelconque des

revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la feuille

de support hydrophile ( 11) est pourvue de plusieurs

fentes parallèles espacées s'étendant à travers.

11 Filtre selon l'une quelconque des

revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le filtre

a une chute de pression qui n'est pas supérieure à

294,19 Pa pour un débit d'air de 60 1/min.

12 Filtre selon l'une quelconque des

revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le filtre

a un rendement d'enlèvement de bactérie aérosol lorsqu'il est mesuré par l'essai aérosol de 99,999 %. 13 Filtre selon l'une quelconque des

revendications 1 à 12, dans lequel le filtre a une

perte d'eau entre 7 mg/l et 10 mg/l sur une plage de faible volume de 7 1/min à 12 1/min à une température de 320 C. 14 Circuit de respiration caractérisé en ce qu' il comporte un ventilateur, un tube raccordant le ventilateur à la première partie d'un filtre selon

l'une quelconque des revendications 1 à 13, une

conduite d'expiration partant de ladite première partie et un tube partant de ladite deuxième partie dudit filtre pour utilisation par une personne inhalant et

exhalant du gaz provenant du ventilateur.

Procédé de fabrication d'un filtre d'échange de chaleur et d'humidité, caractérisé en ce qu'il comporte le fait de prendre une feuille de support hydrophobe ( 10) ayant un point de bulle d'alcool supérieur à 6962,54 Pa et ayant deux surfaces opposées, de prendre une feuille de support hydrophile ( 11) ayant deux surfaces opposées, et de relier une surface du support hydrophobe ( 10) à une surface du support

hydrophile ( 11).

16 Procédé selon la revendication 15,

caractérisé en ce que la liaison comprend un collage.

17 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la liaison comprend une stratification. 18 Procédé selon l'une quelconque des

revendications 15 à 17, caractérisé en ce que le

support hydrophobe ( 10) est constitué par des fibres céramiques collées par de la résine et le support hydrophile ( 11) est constitué par une matière

cellulosique.

19 Procédé selon l'une quelconque des

revendications 15 à 18, caractérisé en ce que le filtre

a une chute de pression qui n'est pas supérieure à

294,19 Pa pour un débit d'air de 60 1/min.

Procédé selon l'une quelconque des

revendications 15 à 19, caractérisé en ce qu'il

comprend en outre le fait de plisser les feuilles

reliées.