FR2744909A1 - Systeme d'activation d'une valve cardiaque - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système d'activation d'une valve cardiaque comprenant un siège (1) et au moins un clapet (2a, 2b) pivotant monté sur le siège (1) au moyen d'au moins une articulation (10, 20), caractérisé en ce qu'il comprend d'une part, au moins un élément magnétique mobile (4), porté par ledit clapet (2a, 2b) et produisant un premier champ magnétique et, d'autre part, au moins un élément magnétique fixe (3), solidaire du siège (1) et produisant un second champ magnétique, les premier et second champs magnétiques étant déterminés de telle façon que leur influence réciproque crée, lorsque la pression sanguine est identique de part et d'autre de la valve, une position d'ouverture intermédiaire d'équilibre (E) du clapet (2a, 2b), vers laquelle le clapet est rappelé à tout moment par un couple magnétique variant en fonction de sa position angulaire de façon à minimiser le reflux sanguin sans augmenter la perte de charge transvalvulaire.

Description

La présente invention concerne un système d'activation d'une valve cardiaque.

Les valves cardiaques artificielles, appelées aussi prothèses valvulaires, mitrales ou aortiques, sont généralement constituées d'un ou deux clapets mobiles montés sur un siège au moyen d'une ou plusieurs articulations, ledit siège étant par ailleurs suturé sur les voies naturelles du patient.

Dans le cycle de travail des valves, les phases d'ouverture et de fermeture des clapets ont des durées très courtes par rapport à celles qui correspondent à l'écoulement sanguin ou à l'obturation, cependant ces phases d'ouverture et de fermeture, et l'instant précis où elles interviennent dans le cycle cardiaque déterminent en grande partie la qualité de la valve.

Les mécanismes d'ouverture et de fermeture d'une valve artificielle traditionnelle sont les suivants.

Quand une valve artificielle est fermée, et que la différence de pression de part et d'autre de l'orifice valvulaire s'inverse, la force de pression qui maintenait les clapets fermés change de direction et tend à les ouvrir. Cette force et donc la différence de pression qui la génère doivent atteindre un niveau suffisant pour amorcer l'ouverture du ou des clapets et par la même occasion initialiser le flux sanguin à travers la prothèse. La fermeture d'une valve mécanique ouverte et laissant passer le flux sanguin se déroule comme suit. La différence de pression de part et d'autre de l'orifice valvulaire s'inverse et croît, puis produit à terme une inversion du flux sanguin, ce reflux ferme ensuite la valve en entraînant ses clapets.

En résumé, une valve mécanique traditionnelle fonctionne avec un temps de retard par rapport aux fluctuations de pressions puisqu'il doit s'instaurer une différence de pression significative avant qu'un mouvement ne s'initie. De plus, les mécanismes d'ouverture et de fermeture des valves artificielles traditionnelles sont identiques, qu'elles soient implantées en position aortique ou mitrale, ce qui n'est pas le cas des valves naturelles.

Les mécanismes d'ouverture et de fermeture des valves naturelles sont décrits ci-après.

La valve aortique naturelle s'ouvre simultanément à l'inversion de la différence de pression ventriculo-aortique, car étant sans inertie, elle s'ouvre sous une différence de pression nulle contrairement à une prothèse valvulaire mécanique. Elle se ferme progressivement, mais rapidement et sans reflux, en fin de systole sous l'action de différences de pression locales sur les feuillets qui sont l'équivalent des clapets. Ces différences de pression locales précèdent l'inversion globale de la différence de pression entre l'aorte et le ventricule, inversion nécessaire à l'initialisation d'un reflux. Cest pourquoi la valve aortique naturelle se ferme sans reflux au moment où la pression aortique devient supérieure à la pression ventriculaire alors que c'est le reflux qui ferme une prothèse valvulaire mécanique.

La valve mitrale naturelle s'ouvre de façon active sous l'effet de la tension de cordages attachés d'une part aux rebords de ses feuillets et d'autre part aux parois internes du ventricule. Cest la dilatation du ventricule lors de la diastole qui provoque simultanément la chute de la pression ventriculaire (et donc l'inversion de la différence de pression auriculo-ventriculaire) et l'ouverture de la valve mitrale par traction sur ses cordages. L'ouverture de la valve mitrale naturelle est donc rigoureusement synchrone à l'inversion de pression auriculoventriculaire, alors qu'une prothèse valvulaire mécanique nécessite l'intervention d'une différence de pression pour s'ouvrir, et s'ouvre donc en retard.La fermeture des feuillets de la valve mitrale naturelle se fait par le concours simultané de plusieurs événements : les cordages qui maintiennent les feuillets se relâchent, les feuillets se ferment progressivement sous l'action de différences de pression locales (précédant l'inversion globale de la différence de pression entre l'oreillette et le ventricule) , et l'orifice valvulaire mitral se rétrécit (ce qui rapproche les feuillets). Ainsi comme la valve aortique, la valve mitrale se ferme sans reflux, par opposition à une valve artificielle dont le ou les clapets sont entraînés tout au long de leur fermeture par le reflux.

Les clapets des valves artificielles ont donc une certaine inertie et tant leur ouverture que leur fermeture nécessitent une dépense énergétique prise sur l'énergie des flux sanguins. Il est clair que cette énergie qui est produite par le coeur, puis communiquée aux flux sanguins, devra être d'autant plus importante que la perte de charge transvalvulaire est grande et que le reflux sanguin, au travers de la valve, à la fermeture, est important. Le surcroît d'effort cardiaque ainsi généré est pénalisant pour le patient, particulièrement dans le cas des valves mitrales où les débits et donc les énergies des flux sanguins déjà faibles naturellement le sont plus encore en présence de pathologies cardiaques.Si l'on veut diminuer la perte de charge transvalvulaire, on peut donner aux clapets une capacité d'ouverture maximale par de grandes amplitudes de déplacement, mais ceci entraîne alors une augmentation du reflux lors de la phase de fermeture nécessairement allongée. A l'inverse, en voulant réduire le reflux par diminution de la course d'ouverture et de fermeture des clapets, on augmente la perte de charge transvalvulaire.

A fréquence cardiaque élevée, certaines prothèses valvulaires voient le rapport du volume refluant sur le volume débitant augmenter de façon rédhibitoire (car la durée du reflux nécessaire à la fermeture des clapets tend à occuper une place importante dans le cycle).

Dans le cas de prothèses valvulaires à plusieurs clapets, un des clapets peut ne pas s'ouvrir, ce qui provoque des thromboses. Cela peut se produire, notamment, lorsque le patient a un régime cardiaque pathologique de bas débit et/ou adopte une position sensiblement horizontale.

Par ailleurs, les flux sanguins au niveau des orifices cardiaques ne sont pas nécessairement symétriques, les prothèses valvulaires classiques peuvent donc avoir un fonctionnement dissymétrique. Or, un tel mode de fonctionnement peut être préjudiciable à l'intégrité de la prothèse valvulaire en raison de la mauvaise répartition des contraintes qu'elle subit alors.

De plus, dans les valves artificielles traditionnelles, les clapets passent directement d'une position de pleine ouverture à une position de fermeture, ce qui nécessite des déplacements importants et brutaux des clapets entraînant parfois une rupture ou une usure prématurée de la valve ainsi que l'apparition de bruits et de cavitation.

Tous ces inconvénients liés à la nature même de toutes les prothèses valvulaires mécaniques existantes expliquent en grande partie les complications que l'on rencontre chez les malades porteurs d'une prothèse valvulaire perte de charge excessive, et accidents thromboemboliques. Ces derniers sont particulièrement fréquents en position mitrale lorsque l'on remplace la valve mitrale naturelle à ouverture active par une prothèse valvulaire à ouverture passive. En effet, munie de deux clapets, la prothèse peut s'ouvrir de façon asymétrique, particulièrement lorsque le malade est à bas débit, condition dans laquelle le risque de thrombose est majoré.

L'invention a pour but de résoudre les problèmes précédents ou du moins de les atténuer de manière satisfaisante.

Ce but est atteint selon l'invention au moyen d'un système d'activation d'une valve cardiaque comprenant un siège et au moins un clapet pivotant monté sur le siège au moyen d'au moins une articulation, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part, au moins un élément magnétique mobile, porté par ledit clapet et produisant un premier champ magnétique et, d'autre part, au moins un élément magnétique fixe, solidaire du siège et produisant un second champ magnétique, les premier et second champs magnétiques étant déterminés de telle façon que leur influence réciproque crée, lorsque la pression sanguine est identique de part et d'autre de la valve, une position d'ouverture intermédiaire d'équilibre du clapet, vers laquelle le clapet est rappelé à tout moment par un couple magnétique variant en fonction de sa position angulaire. Ces caractéristiques permettent de réduire le temps d'ouverture de la valve et de minimiser le reflux sanguin sans augmenter la perte de charge transvalvulaire.

Selon une caractéristique avantageuse, les variations du couple de rappel, en fonction de la position angulaire du clapet, sont indépendantes de part et d'autre de la position d'équilibre.

Selon une autre caractéristique, les premier et second champs magnétiques sont déterminés de façon que le clapet pivote dans le siège avec le minimum de frottement.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses, la position d'équilibre est à mi-distance entre les positions angulaires de pleine ouverture et de fermeture.

Selon un premier mode de réalisation, ledit élément magnétique fixe est intégré dans l'épaisseur du siège, au voisinage de l'articulation de façon à éviter tout contact avec le sang. Parallèlement, ledit élément magnétique mobile est intégré dans l'épaisseur du clapet et enfermé de façon étanche pour éviter tout contact avec le sang. Ces dispositions permettent de rendre le système d'activation de l'invention, biocompatible et surtout hémocompatible.

De manière générale, le clapet est réalisé dans la masse avec un matériau hémocompatible permettant l'incorporation d'aimants sans modification de leurs caractéristiques magnétiques.

Un mode de réalisation particulier consiste à usiner un logement dans un clapet réalisé dans la masse en un alliage de titane hémocompatible, de placer l'élément magnétique mobile dans ce logement, de refermer ce logement avec un capot du même alliage de titane, et enfin de souder hermétiquement ce capot au clapet.

Bien entendu, une alternative peut consister à réaliser le clapet en un matériau quelconque, puis à revêtir complètement ledit clapet avec un matériau hémocompatible.

Selon un autre mode de réalisation, le système comprend un élément magnétique mobile et trois éléments magnétiques fixes, pour chaque articulation du clapet. De préférence, les éléments magnétiques fixes sont alors disposés en couronne autour de l'axe de l'articulation.

Selon encore un autre mode de réalisation, lesdits éléments magnétiques sont des aimants permanents dits de terres rares, à base de
Samarium et de Cobalt, ou à base de Néodyme, de Fer et de Bore.

Selon une variante, l'influence réciproque des premier et second champs magnétiques produit des forces magnétiques répulsives entre l'élément magnétique mobile et l'élément magnétique fixe dont l'intensité est, de préférence, comprise entre 0 et 10-1 N.

Selon une autre variante, le couple maximal s'exerçant sur le clapet est compris entre 10-3 et 10-5 N.m. Ce couple est inférieur aux forces de pression sanguine s'exerçant sur le clapet dans ses positions de pleine ouverture et de fermeture.

Le système d'activation de l'invention permet, grâce à la position d'ouverture intermédiaire du clapet, obtenue à l'équilibre des pressions de part et d'autre de la valve, une ouverture active de la valve, en particulier en position mitrale, en garantissant une ouverture symétrique de tous les clapets, même en cas de débit sanguin très faible, et de diminuer le reflux à la fermeture. La garantie de l'ouverture de tous les clapets réduit les risques de formation de thrombus.

Les valves équipées de ces systèmes d'activation sont commandées par les variations de pression sanguine, et non par les débits comme cela est le cas avec les valves passives, c'est-à-dire non activées selon le principe de l'invention. Du fait que le débit est luimême généré par les variations de pression, il est possible d'avoir des phases d'ouverture et de fermeture anticipées par rapport aux séquences de fonctionnement des valves artificielles et traditionnelles non activées. n en résulte que les clapets des valves activées apparaissent comme étant sans inertie pour les flux sanguins qui conservent ainsi toute leur énergie acquise.

Le système d'activation de l'invention permet, en outre, d'améliorer le rendement des valves en réduisant le reflux sanguin. En effet, l'assistance magnétique provoque la fermeture anticipée du clapet alors même que la vitesse de reflux sanguin est encore quasiment nulle.

Les jets qui se produisent au moment de la fermeture lorsque celle-ci s'effectue en présence d'une vitesse de reflux significative (comme cela est le cas avec les valves non activées) entraînent généralement des risques de cavitation et d'hémolyse qui sont donc limités par l'utilisation de l'invention.

Il est admis que les phases transitoires de l'écoulement sanguin s' accompagnent de variations brusques de pression provoquant l'ouverture ou la fermeture. L'anticipation des mouvements d'ouverture et de fermeture par rapport aux inversions de débit au niveau de l'orifice valvulaire permet donc au clapet, d'effectuer son mouvement sous des charges faibles, à la différence des valves passives dont les clapets, surtout en fin de course, supportent des charges élevées. En outre, la portion de course du clapet s'effectuant sous différence de pression élevée est plus courte qu'avec les valves non activées, ce qui limite les chocs et donc l'usure. Cette même anticipation symétrise les mouvements des clapets car ce sont des couples magnétiques identiques qui initient les mouvements des clapets.En conséquence, les mouvements des clapets étant symétriques, la répartition des contraintes est symétrique, ce qui est favorable à la bonne tenue en fatigue de la prothèse valvulaire active.

Les mouvements d'ouverture et de fermeture présentent une première phase qui s'effectue sous l'impulsion des forces magnétiques et une seconde phase qui est sous l'influence des forces hydrauliques.

Ainsi, le retour automatique des clapets dans la position d'ouverture intermédiaire d'équilibre permet aussi de décomposer les mouvements et de réduire les vitesses de fins d'ouverture et de fermeture, ce qui supprime les chocs violents sur le siège en diminuant ainsi les risques de rupture, de bruits, de cavitation et d'hémolyse.

Le système d'activation de l'invention autorise une plus grande ouverture du clapet pour réduire la perte de charge transvalvulaire et ceci sans augmenter le reflux grâce à l'anticipation du mouvement à la fermeture.

L'activation magnétique de la valve a des effets particulièrement importants surtout dans les phases du cycle cardiaque où les forces hydrauliques sont faibles, c'est-à-dire entre la diastole et la systole et inversement entre la systole et la diastole. Les intensités des couples et des forces magnétiques en jeu peuvent rester faibles tout en étant efficaces. Elles ne sont donc pas susceptibles de perturber le fonctionnement hydraulique de la valve pendant les phases diastolique et systolique. Ainsi, les valeurs de ces couples ne sont pas susceptibles d'entraîner une quelconque augmentation de la perte de charge transvalvulaire, lorsque la valve est ouverte, pas plus qu'une élévation du débit de fuite transvalvulaire lorsque la valve est fermée.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, accompagnée des dessins sur lesquels:
- les figures la à le représentent des vues schématiques en coupe du coeur lors des différentes phases du cycle cardiaque;
- les figures 2a et 2b sont des graphes représentant respectivement les variations de pression et les variations de volume ventriculaire au cours du cycle cardiaque pour le coeur gauche;
- les figures 3a, 3b, 3c sont des vues respectivement en perspective, en coupe transversale et en vue de dessus d'une valve équipée d'un mode de réalisation du système d'activation de l'invention, en position de fermeture;
- les figures 4a, 4b, 4c sont des vues respectivement en perspectives, en coupe transversale et en vue de dessus de la valve des figures 3a, 3b, 3c en position d'équilibre intermédiaire;;
- les figures Sa, 5b, 5c sont des vues respectivement en perspective, en coupe transversale et en vue de dessus de la valve des figures 3a, 3b et 3c en position de pleine ouverture;
- les figures 6, 7 et 8 représentent quelques unes des diverses configurations magnétiques possibles pour le système d'activation de l'invention;
- les figures 9, 10 et 11 représentent les graphes de variations du couple magnétique de rappel correspondant, respectivement, aux configurations magnétiques des figures 6,7 et 8.

Les figures la à le représentent les différentes phases du cycle cardiaque. Le sang se comporte comme tous les fluides, il s'écoule toujours d'une zone de haute pression vers une zone de basse pression en générant ainsi un débit. La contraction cardiaque met le sang sous pression et les valves orientent le débit de sang ainsi généré. Les variations de pression et de débit qui apparaissent lors du cycle cardiaque sont représentées, pour le coeur gauche, sur les figures 2a et 2b. Le comportement du coeur droit est qualitativement identique à celui du coeur gauche. La systole correspond à la période de contraction ventriculaire (figures lc et nid), tandis que la diastole correspond à celle du relâchement (figures la et lb).

La description suivante va permettre de situer dans le cycle cardiaque les mouvements d'ouverture et de fermeture des valves aortique et mitrale précédemment décrits.

Pendant le début de la diastole (figure la) l'oreillette gauche A est relâchée et le ventricule gauche B commence à se dilater. Cette dilatation entraîne une ouverture précoce de la valve mitrale V1 par traction sur les cordages. La pression dans l'oreillette devenant supérieure à celle du ventricule, le sang passe de l'oreillette A dans le ventricule B. Pendant ce temps, la valve aortique V2 est fermée car la pression dans l'aorte C est plus élevée que dans le ventricule B. Mais la pression aortique chute lentement alors que la pression ventriculaire s'élève légèrement. A la fin de la diastole (figure lb), l'oreillette A se contracte de façon à injecter un volume de sang supplémentaire dans le ventricule B.

Ensuite, la phase de systole débute et le ventricule B commence à se contracter en comprimant le sang qu'il contient. La pression ventriculaire augmente donc de façon très brutale en dépassant presque immédiatement la pression auriculaire, ce qui provoque la fermeture de la valve VI, facilitée par le relâchement également brutal de la tension sur les cordages (figure lc et point f' sur la figure 2a). Le reflux sanguin vers l'oreillette A n'est alors plus possible. En outre, du fait que pendant une brève durée la pression aortique dépasse encore la pression ventriculaire, la valve aortique V2 reste fermée. Puis la pression ventriculaire dépasse la pression aortique, la valve V2 s'ouvre et l'éjection ventriculaire se produit (figure Id et point 0 sur la figure 2a).

A mesure que le sang s'écoule dans l'aorte C, la pression aortique augmente mais le ventricule B ne se vide pas complètement et la pression aortique maximale est atteinte avant la fin de l'éjection. Le débit de sang qui sort du ventricule B pendant la phase terminale de la systole est faible et inférieur au débit de sang quittant l'aorte.

Parallèlement, la pression auriculaire augmente aussi, lentement, pendant toute la durée de l'éjection. Puis le ventricule B se relâche et la pression ventriculaire chute en dessous de la pression aortique, ce qui provoque la fermeture de la valve aortique V2 (point f, figure 2a).

Cependant, la pression ventriculaire qui décroît est encore supérieure à la pression auriculaire, de sorte que la valve auriculo-ventriculaire V1 reste fermée (figure le). Lorsque le ventricule gauche commence à se dilater, simultanément à l'inversion de la pression ventriculoauriculaire, la valve V1 s'ouvre (point 0', figure 2a) et le remplissage du ventricule recommence comme décrit précédemment en relation avec le début de la diastole (figure la).

Les figures 2a et 2b représentent respectivement les variations de pression et de volume ventriculaire au cours des différentes phases décrites ci-dessus et en référence aux figures la à le comme mentionné dans le bas de la figure 2b. Il apparaît assez clairement dans l'étude du cycle cardiaque que les valves naturelles sont synchronisées sur les pressions relatives régnant dans l'oreillette, le ventricule et/ou l'aorte et non sur les débits. Ces valves ont donc des modes d'ouverture et de fermeture anticipés par rapport aux variations de débits. De plus l'ouverture de la valve mitrale est facilitée par la dilatation ventriculaire qui s'accompagne d'une traction sur les cordage tendineux.

Le système d'activation de l'invention vise à faire fonctionner les valves artificielles, selon des modes d'ouverture et de fermeture qui sont très proches de ceux des valves naturelles.

La valve représentée sur les figures 3a, 3b et 3c et suivantes est une valve artificielle équipée du système d'activation de l'invention.

Cette valve comprend un siège 1, au moins un clapet et de préférence ici deux clapets 2a, 2b identiques, montés sur le siège 1 de façon symétrique, par rapport à l'axe diamétral XX'. Chacun des clapets 2a, 2b pivote autour d'un axe YY', parallèle et voisin de l'axe XX' au moyen de deux articulations symétriques, disposées de part et d'autre de chaque clapet.

Une articulation est, par exemple, constituée d'un doigt transversal 10 solidaire du flanc latéral intérieur du siège 1 et destiné à s'engager avec liberté de rotation relative à l'intérieur d'une cavité cylindrique 20 ménagée dans l'épaisseur du bord latéral du clapet 2a, 2b ou dans un bossage rapporté 21.

Dans le mode de réalisation de la valve représenté, les deux clapets 2a, 2b viennent en position de fermeture (figures 3a à 3c), en butée l'un contre l'autre par leur bord intérieur respectif 22a, 22b orienté selon l'axe XX'. A cet effet, les bords intérieurs 22a, 22b sont chanfreinés pour qu'en position de fermeture, les clapets 2a, 2b fassent entre eux un angle de 2ss compris entre 90" et 1800. La position d'ouverture est ici fixée à a = 85"(voir figure 9), par rapport au plan de base S du siège 1.

Le système d'activation proprement dit comprend, par articulation, d'une part, au moins un et dans le mode de réalisation représenté, trois éléments magnétiques fixes 3, solidaires du siège 1 et au moins un élément magnétique mobile 4 porté par le clapet 2a, 2b.

Les éléments magnétiques fixes 3 et mobile 4 produisent respectivement un premier et un second champs magnétiques dont les caractéristiques propres sont éventuellement différentes. Ces éléments magnétiques 3, 4 sont de préférence des aimants permanents dits de terres rares (par exemple à base de Samarium et de Cobalt ou à base de
Néodyme de Fer et de Bore) à fortes aimantations et coercivités et donc à grande stabilité magnétique.

Les éléments magnétiques fixes 3, faiblement encombrants peuvent être intégrés dans l'épaisseur du flanc extérieur du siège 1 et ne sont donc pas susceptibles d'entrer en contact avec le sang. Les éléments magnétiques fixes 3 peuvent être disposés en couronne comme illustré notamment sur la figure 3b, mais ils peuvent avoir tout autre disposition favorable à l'obtention des champs magnétiques recherchés. Les premier et second champs magnétiques sont déterminés de façon à produire des forces magnétiques répulsives entre l'élément mobile 4 et l'élément fixe 3. Ces forces ont une intensité comprise entre
O et lO-lN. Ces forces répulsives permettent à la fois le contrôle du pivotement du clapet 2a, 2b et le centrage dudit clapet dans le siège, ce qui assure notamment un minimum de frottement. L'élément magnétique mobile 4 est intégré dans l'épaisseur du clapet 2a, 2b.

Dans le mode de réalisation représenté en écorché sur la figure 3a, l'élément magnétique mobile 4 est fixé intégralement dans un logement 24 ménagé latéralement dans le bossage 21. Le logement 24 est lui-même obturé de manière étanche par un capot soudé (non représenté) en enfermant ainsi l'élément 4.

Les clapets 2a, 2b sont, au moins en ce qui concerne les bossages 21, de préférence réalisés en un alliage de titane hémocompatible. Ce métal présente, en outre, l'avantage d'être léger, résistant et de permettre tant l'usinage des logements 24 que le soudage du capot. Il autorise également, en raison de sa solidité, la réalisation de clapets plus minces que ceux existants dans des matériaux traditionnels (par exemple le pyrocarbone), et permet ainsi de libérer une surface de passage plus importante, et donc de diminuer la perte de charge transvalvulaire.

Toutefois, le système d'activation est compatible avec tout autre matériau hémocompatible (céramiques, alliages métalliques, carbone pyrolytique...).

Les champs magnétiques respectifs des éléments fixes 3 et mobiles 4 sont déterminés de telle façon que leur influence réciproque puisse assurer le contrôle des mouvements du clapet. En particulier, lorsque la pression sanguine est identique de part et d'autre de la valve, il se crée une position d'équilibre E des clapets 2a, 2b. Les clapets sont rappelés à tout moment vers cette position d'équilibre stable E par un couple magnétique variant en fonction de la position angulaire desdits clapets. Les lois et les graphes des variations du couple magnétique de rappel sont déterminés de façon à minimiser le reflux sanguin sans augmenter la perte de charge transvalvulaire. Par ailleurs, ces graphes, représentés sur la figure 9 (en relation avec le mode de réalisation décrit), sont indépendants de part et d'autre de la position d'équilibre E.

Le couple maximal est compris entre 10-3 et 10-5N.m. La position d'équilibre E est représentée sur les figures 4a, 4b et 4c. Elle correspond à un couple magnétique nul et offre une ouverture intermédiaire des clapets, ici à mi-distance entre les positions angulaires de fermeture (figures 3a à 3c) et de pleine ouverture (figures 5a à 5c). Cette ouverture intermédiaire correspond, en général, à un angle de 2 entre les clapets 2a, 2b compris entre 60 et 1400, les positions des clapets étant à tout moment symétriques par rapport au plan diamétral D passant par l'axe XX'. La position d'équilibre E des clapets correspond, ici, à un angle a de 55 , par rapport au plan de base S du siège 1 (voir figure 9).

Sur les figures Sa, Sb et Sc, la valve est représentée avec les clapets 2a, 2b en position de pleine ouverture. Dans cette position, les deux clapets 2a, 2b sont orientés selon des plans parallèles à la fois entre eux et par rapport au plan diamétral D.

Dans la position de fermeture (figure 3a) et dans la position de pleine ouverture (figure Sa), l'élément magnétique mobile 4 porté par le clapet 2a, 2b, est disposé exactement parallèlement et en vis-à-vis de l'un des éléments magnétiques fixes 3 extrêmes.

Dans la position de demi-ouverture correspondant à l'équilibre, l'élément magnétique mobile 4 est orienté en vis-à-vis mais perpendiculairement à l'élément magnétique fixe 3 intercalaire.

Les premier et second champs magnétiques produits respectivement par l'élément magnétique mobile 4 et par les éléments magnétiques 3, dépendent, bien entendu, de la géométrie respective et des positions relatives des dits éléments 3, 4 ainsi que leurs directions d'aimantation.

Les figures 6, 7 et 8 représentent seulement quelques unes des diverses configurations magnétiques du système d'activation de l'invention. D'autres configurations sont possibles permettant, comme ici, d'obtenir des variations du couple de rappel qui minimisent le reflux sanguin sans augmenter la perte de charge transvalvulaire.

La configuration magnétique à trois aimants fixes 3 et un aimant mobile 4, par clapet correspondant au mode de réalisation des figures 3a, 4a et Sa, est représentée sur la figure 6, dans la position d'équilibre
E.

De manière générale, le vecteur aimantation est toujours dirigé vers le Nord magnétique de l'aimant considéré.

Dans la configuration représentée, les vecteurs aimantation N des aimants fixes 31, 32, 33 sont orientés positivement selon l'axe d'articulation YY', c'est à dire de Y vers Y'.

Le vecteur aimantation N, de l'aimant mobile 4 est également orienté parallèlement à l'axe d'articulation mais dans le sens opposé, c'est à dire de Y' vers Y.

L'intensité du champ magnétique, produit par l'aimant fixe intercalaire 32 (et donc la valeur de son vecteur N), est inférieure à celle des autres aimants fixes 31 et 33. Comme le pivotement du clapet 2a ne modifie pas l'orientation du champ magnétique produit par l'aimant mobile 4 (le vecteur aimantation N, restant, dans ce pivotement, orienté selon X'X), il se crée donc automatiquement un couple tendant à aligner l'aimant mobile 4 avec l'aimant fixe intercalaire 32, rappelant le clapet 2a vers la position d'équilibre E.

La figure 9 représente les graphes de variation du couple magnétique en fonction de l'angle a du clapet par rapport au plan de base S du siège 1 (voir figure 3b, 4b, 5b). La position de pleine ouverture correspond à un angle a de 85 , la position d'équilibre E à un angle a de 55" et la position de fermeture à un angle a de 25".

Le couple de rappel magnétique, appliqué de la position fermée vers la position d'équilibre magnétique E, donne au clapet une impulsion pour l'ouvrir lorsque la différence de pression de part et d'autre de la valve est nulle , et le guide jusqu'à sa position d'équilibre magnétique E. Ainsi, même si le débit est très faible, les clapets s'ouvrent symétriquement, pendant la phase d'écoulement aval, au moins à 55 , de façon à offrir au sang une aire de passage importante, ce qui garantit une perte de charge minimum. Le reste du trajet d'ouverture (de 55" jusqu'à la pleine ouverture) se fait sans perte d'énergie notable pour l'écoulement, car les forces magnétiques sont très faibles devant les forces hydrauliques.

Le couple de rappel, appliqué de la position de pleine ouverture vers la position d'équilibre magnétique E, permet d'initier le mouvement, puis de guider le clapet vers sa position d'équilibre magnétique, au moment où la différence de pression transvalvulaire s'inverse. De cette dernière position, le mouvement du clapet vers sa position fermée est très bref, car le clapet offre une importante surface d'appui au fluide, ce qui minimise le reflux. Le clapet reste ensuite fermé, en assurant une étanchéité de même niveau qu'une valve passive de même profil, jusqu'au début du cycle suivant.

Cet exemple d'assistance magnétique correspond bien aux exigences fonctionnelles d'une prothèse valvulaire mitrale.

I1 apparaît sur la figure 9, que le graphe du couple de fermeture du clapet pour a compris entre 55" et 850, est différent du graphe du couple d'ouverture pour a compris entre 55" et 250. En effet, la symétrie des graphes, de part et d'autre de la position d'équilibre E, n'existe que pour a compris entre 35 et 750. Au-delà, les courbes diffèrent, du fait même que les lois régissant les variations du couple, pour l'ouverture et la fermeture, sont indépendantes l'une de l'autre.

La figure 7 représente une configuration magnétique à deux aimants fixes 31, 32 et un aimant mobile 4.

Les vecteurs aimantation N, des aimants fixes 31, 32, sont orientés selon l'axe d'articulation Y'Y, c'est à dire, dans le sens de Y' vers Y, à l'inverse de la configuration de la figure 6.

Le vecteur aimantation N', de l'aimant mobile 4, est orienté selon l'axe longitudinal AA' du clapet 2a, qui fait un angle a avec le plan de base S du siège 1 et vers le bord libre d'extrémité du dit clapet. Quand le clapet 2a se rapproche de sa position de pleine ouverture, l'aimant mobile 4 est repoussé par l'aimant fixe 32, ce qui crée un couple de rappel vers la position d'équilibre E, représentée sur la figure 7 où le clapet fait un angle a de 35 avec le plan de base S.

Le même phénomène se produit quand le clapet 2a se rapproche de sa position de fermeture par interaction de l'aimant mobile 4 avec l'aimant fixe 31. Le couple de rappel magnétique, appliqué de la position fermée vers la position d'équilibre magnétique, garantit une ouverture minimale du clapet à 35 pendant la phase d'écoulement aval du sang.

Le couple de rappel, appliqué de la position de pleine ouverture vers la position d'équilibre magnétique E, permet d'initier, puis de guider le clapet vers cette position, au moment où la différence de pression transvalvulaire s'inverse. De cette dernière position, le mouvement du clapet vers sa position fermée est quasi instantané, car le clapet offre une importante surface d'appui au fluide, et il ne lui reste qu'une course angulaire de 10 à parcourir.Le couple de rappel magnétique vers la position d'équilibre magnétique existe encore lorsque le clapet forme un angle de 90" avec le plan de base S du siège, le profil de la valve peut donc autoriser une ouverture à 90" des clapets, de façon à minimiser la perte de charge transvalvulaire en cas de débit élevé, sans avoir à redouter une augmentation du reflux.

Cet exemple d'assistance magnétique correspond bien aux exigences fonctionnelles d'une prothèse valvulaire aortique.

La figure 10 représente le graphe des variations du couple de rappel en fonction de la position angulaire du clapet pour la configuration magnétique représentée sur la figure 7.

La position d'équilibre E se trouve à a = 35 par rapport au plan
S et ne correspond donc pas, ici, à une demi-ouverture. Il est clair, d'après ce graphe, qu'il n'existe aucune symétrie dans la loi de variation du couple magnétique, de part et d'autre de la position d'équilibre E.

Cette variation n'obéit donc pas nécessairement aux mêmes règles pour la phase d'ouverture et pour la phase de fermeture, mais elle ne doit présenter, en aucun cas, des changements brusques de pente.

La figure 8 représente une configuration magnétique à un aimant fixe 3 et un aimant mobile 4. Le vecteur aimantation N de l'aimant fixe 3 est orienté selon une direction d, tandis que le vecteur aimantation w de l'aimant mobile 4 est orienté suivant la normale à l'extrados du clapet 2a. Par conséquent, l'aimant mobile 4 a tendance à se déplacer, pour que son vecteur aimantation N' soit parallèle au vecteur aimantation N de l'aimant fixe 3, mais avec un sens opposé, de façon à réaliser le bouclage des lignes de champ magnétique. Cela revient à mettre les aimants fixe 3 et mobile 4 en vis-à-vis. Ce phénomène crée un couple magnétique de rappel du clapet 2a vers une position d'équilibre E, matérialisée par le plan BB' de la figure 8.Ici, le clapet est dans sa position d'équilibre magnétique E, lorsqu'il forme un angle de 45" avec le plan de base S du siège. Le couple de rappel magnétique, appliqué de la position fermée vers la position d'équilibre magnétique, garantit une ouverture minimale du clapet à 45" pendant la phase d'écoulement aval du sang. Le couple de rappel, appliqué de la position de pleine ouverture vers la position d'équilibre magnétique, permet de guider le clapet vers cette position, au moment où la différence de pression transvalvulaire s'inverse, et de minimiser ainsi le reflux.

Cet exemple d'assistance magnétique peut aussi bien convenir aux exigences fonctionnelles d'une prothèse valvulaire aortique ou mitrale, mais constituera une solution moins optimale, car moins spécifique.

Bien entendu, il est possible, toujours selon l'invention, d'obtenir les graphes de variations des figures 9, 10 et 11 avec des configurations différentes de celles représentées sur les figures 6, 7 et 8, ou d'autres configurations, en choisissant des géométries et/ou des positions relatives, et/ou des aimantations particulières des aimants fixes 3 et mobile 4.

Par ailleurs, il est également envisageable de créer une influence réciproque entre le système d'activation du clapet 2a et le système d'activation du clapet 2b.

Claims (15)

REVENDTCATIONS

1. Système d'activation d'une valve cardiaque comprenant un siège (1) et au moins un clapet (2a, 2b) pivotant monté sur le siège (1) au moyen d'au moins une articulation (10, 20), caractérisé en ce qu'il comprend d'une part, au moins un élément magnétique mobile (4), porté par ledit clapet (2a, 2b) et produisant un premier champ magnétique et, d'autre part, au moins un élément magnétique fixe (3), solidaire du siège (1) et produisant un second champ magnétique, les premier et second champs magnétiques étant déterminés de telle façon que leur influence réciproque crée, lorsque la pression sanguine est identique de part et d'autre de la valve, une position d'ouverture intermédiaire d'équilibre (E) du clapet (2a, 2b), vers laquelle le clapet est rappelé à tout moment par un couple magnétique variant en fonction de sa position angulaire de façon à minimiser le reflux sanguin sans augmenter la perte de charge transvalvulaire.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les variations du couple de rappel, en fonction de la position angulaire du clapet (2a, 2b), sont indépendantes de part et d'autre de la position d'équilibre (E).

3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les premier et second champs magnétiques sont déterminés de façon que le clapet (2a, 2b) pivote dans le siège avec le minimum de frottement.

4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position d'équilibre (E) est à mi-distance entre les positions angulaires de pleine ouverture et de fermeture.

5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément magnétique fixe (3) est intégré dans l'épaisseur du siège (1) de façon à éviter tout contact avec le sang.

6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément magnétique mobile (4) est intégré dans l'épaisseur du clapet (2a, 2b) et enfermé de manière étanche pour éviter tout contact avec le sang.

7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un élément magnétique mobile (4) et trois éléments magnétiques fixes (3), pour chaque articulation (10, 20) du clapet (2a, 2b).

8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments magnétiques fixes (3) sont disposés en couronne autour de l'axe de l'articulation (YY').

9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments magnétiques (3,4) sont des aimants permanents.

10. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments magnétiques (3, 4) sont des aimants permanents dits de terres rares à base de Samarium et de Cobalt ou à base de Néodyme, de Fer et de Bore.

11. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'influence réciproque des premier et second champs magnétiques produit des forces magnétiques répulsives entre l'élément magnétique mobile (4) et l'élément magnétique fixe (3).

12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites forces magnétiques répulsives ont une intensité comprise entre Oet 1o-l N.

13. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couple maximal s'exerçant sur le clapet (2a, 2b) est compris entre 10-3 et 10-5N.m.

14. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet (2a,2b) est réalisé dans la masse ou revêtu avec un matériau hémocompatible permettant l'incorporation d'aimants sans modification de leurs caractéristiques magnétiques.

15. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet (2a, 2b) est réalisé dans la masse en un alliage de Titane hémocompatible.