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Conditionnement à haute pression d'un mélange gazeux NO/azote
L'invention concerne l'utilisation d'une bouteille de NO d'un volume interne
de
12 litres ou moins, laquelle est apte à et conçue pour contenir un mélange de
NO et d'azote
(teneur en NO > 400 ppmv) conditionné à une pression d'au moins 250 bar, de
préférence
entre 300 et 500 bar.
Le NO gazeux est classiquement utilisé à différentes concentrations allant de
100
à 800 ppm en volume (ci-après ppmv ), le reste du mélange gazeux étant de
l'azote,
pour traiter les vasoconstrictions pulmonaires, notamment l'hypertension
pulmonaire chez
des patients subissant une opération de chirurgie cardiaque ou chez des
nouveau-nés
hypoxiques. A ce titre, on peut citer les documents EP-A-786264 et EP-1516639.
Les bouteilles de NO/N2 contenant le NO à la concentration de départ comprise
entre typiquement 100 à 800 ppmv peuvent revêtir différentes tailles allant de
2 à 40 litres
(équivalent de contenance en eau).
Or, les doses de NO administrées aux patients vont de 1 à 40 ppmv et les
durées
d'administration sont variables de quelques heures à quelques jours, par
exemple jusqu'à 4
jours en moyenne, en fonction du patient considéré et de son état clinique.
Le NO doit donc être dilué, typiquement avec de l'air, de l'air enrichi en 02
ou
des mélanges N2/02, préalablement à son administration aux patients pour faire
décroitre
sa concentration jusqu'à moins de 40 ppmv, c'est-à-dire jusqu'à la posologie
souhaitée
pour le patient considéré. Cette dilution est généralement opérée dans le
circuit patient
d'un ventilateur.
Or, l'encombrement des chambres de réanimation et des blocs opératoires, et
l'utilisation de systèmes d'administration et de monitoring du NO compacts
destinés à
permettre un transport plus aisé des patients, rendent difficile l'utilisation
de bouteilles de
NO/N2 de grande taille, c'est-à-dire de plus de 12 litres (contenance en eau),
typiquement
celles de 20 litres.
En effet, de telles bouteilles engendrent un encombrement important dans les
salles de soins hospitalières, sont difficiles à manipuler pour le personnel
soignant, posent
des problèmes de stockage et de déplacement dans les bâtiments...
Toutefois, réduire la taille des bouteilles de gaz n'est pas suffisant car
cela
engendre une perte importante d'autonomie, c'est-à-dire qu'elles ne
contiennent pas une
quantité suffisante de gaz pour pouvoir assurer une distribution du NO pendant
le temps
nécessaire aux soins qui peut s'étaler sur plusieurs heures, voire plusieurs
jours.
Le problème est dès lors de pouvoir disposer de mélanges NO/N2 dans un
récipient de stockage de petites dimensions, c'est-à-dire de moins de 12
litres de
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contenance (équivalent en eau), sans rencontrer ou en minimisant les problèmes
d'autonomie susmentionnés, c'est-à-dire de bouteilles petites mais contenant
une quantité
de gaz suffisante pour permettre le traitement d'un patient pendant une durée
de traitement
d'au moins 12 à 24 heures sans nécessiter de changement de bouteille,
préférentiellement
au moins 1 à 4 journées, voire davantage.
La solution est un procédé de stockage d'un mélange NO/N2 dans un récipient de
conditionnement de volume interne inférieur ou égal à 12 litres, caractérisé
en ce que l'on
conserve, c'est-à-dire que l'on stocke, un mélange gazeux NO/N2 contenant de
400 ppm à
1000 ppm en volume de NO et de l'azote pour le reste, à une pression d'au
moins 250 bar
dans le volume interne dudit récipient.
En d'autres termes, selon la présente invention, pour palier la diminution de
taille
du récipient de conditionnement, typiquement une bouteille de gaz, tout en
conservant une
autonomie suffisante du récipient le rendant apte à être utilisé pour traiter
des patients
souffrant de vasoconstrictions pulmonaires, on augmente la pression du mélange
NO/azote
conditionné dans le récipient.
En effet, une augmentation de la pression du gaz conditionné dans la bouteille
(à
volume constant) augmente la quantité de NO disponible mais sans augmenter
nécessairement sa concentration, ce qui évite les problèmes susmentionnés.
Par ailleurs, ceci permet également d'éviter tout surdosage ou toute
administration
trop forte de NO due à une mauvaise dilution ou à une administration non
maîtrisée.
En outre, ceci permet aussi de réduire la taille et l'encombrement des
bouteilles en
les rendant plus facilement transportables et manipulables en milieu intra et
extra
hospitalier.
Cependant, l'augmentation de la pression nécessite de pouvoir disposer de
bouteilles aptes à supporter de telles pressions, voire même des pressions
nettement
supérieures. En effet, pour des raisons de sécurité évidentes, les bouteilles
doivent être
aptes à supporter des pressions bien supérieures à leur pression d'utilisation
normale,
typiquement à une pression 1,5 fois supérieure à sa pression d'utilisation
normale. Ainsi,
une bouteille destinée à contenir un mélange de NO/azote à 300 bar doit
pouvoir résister à
une pression maximale de 450 bar, encore appelée pression d'épreuve.
Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des
caractéristiques techniques suivantes :
- le récipient est formé de composite, telles des fibres de verre ou de
carbone, ou
similaire, ou d'un alliage d'aluminium comprenant de l'aluminium (Al), de 1,8
à 2,6% de
cuivre (Cu), de 1,3 à 2,1% de magnésium (Mg) et de 6,1 à 7,5% de zinc (Zn), de
préférence on utilise un alliage d'aluminium comprenant (% en masse) en outre
de 0 à
0,15% de silicium (Si).
- on utilise un alliage d'aluminium comprenant (% en masse) de 86,7 à 90,7%
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d'aluminium.
- on utilise un récipient formé d'un alliage d'aluminium ayant une densité
entre 2 et
3,5 g/cm3, de préférence entre 2,5 et 3 g/cm3, typiquement de l'ordre de 2,85
g/cm3.
- on utilise un récipient de forme cylindrique ayant un diamètre compris
entre 5 et
40 cm, et une hauteur comprise entre 10 et 80 cm.
- on utilise un récipient dont la paroi périphérique a une épaisseur E
inférieure à 30
mm.
- le récipient est une bouteille de gaz.
- le récipient de forme cylindrique comprend, à une extrémité, un fond et,
à l'autre
extrémité, un col avec un orifice de sortie au niveau duquel est fixé un
dispositif de
contrôle du passage de gaz et/ou de réduction de pression.
- le mélange gazeux NO/N2 au moins 450 ppm en volume de NO et de l'azote
pour
le reste, de préférence jusqu'à 900 ppmv de NO.
- le mélange gazeux NO/N2 est conservé à une pression de 280 à 450 bar, de
préférence entre 300 et 420 bar.
- le récipient de conditionnement a un volume interne inférieur ou égal à
11 litres.
- le récipient (6) contient le mélange NO/N2 à une pression comprise entre
300 et
500 bar.
La présente invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description
donnée ci-après en référence à la Figure annexée qui représente un mode de
réalisation
d'une installation de distribution de NO alimentée par un système de
conditionnement de
gaz selon l'invention,
Plusieurs bouteilles 6 de tailles différentes, en un alliage d'aluminium de
composition métallurgique donnée dans le tableau suivant sont utilisées pour
stocker à
pression élevée un mélange gazeux formé de monoxyde d'azote (NO) et d'azote
(N2).
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Tableau 1
Eléments Proportion (%) en masse
de l'alliage
Pb 0 à 0,003
Fe 0 à 0,2
Si 0 à 0,15
Cu 1,8 à 2,6
Mn 0 à 0,2
Mg 1,3 à 2,1
Cr 0,15 à0,25
Zn 6,1 à 7,5
Ti 0 à 0,05
Zr 0 à 0,05
Impuretés 0 à 0,15
Al reste
Densité de l'alliage 2,85 g/cm3 environ
Les bouteilles sont équipées d'un robinet 8 à détendeur intégré, encore appelé
RDI permettant de contrôler la sortie du gaz du récipient 6. Plus
précisément, le
mélange gazeux NO/N2 qui y est conditionné, comprend une teneur en NO comprise
entre
400 et 1000 ppm, par exemple de l'ordre de 800 ppmv, et a été introduit sous
une pression
élevée dans des bouteilles de type Bi, B2, B5 et B11 dont la contenant en
équivalent eau
est de, respectivement 1, 2, 5 et 11 litres.
Selon l'invention, la pression gazeuse dans les bouteilles 6 est d'au moins
250 bar
dans le volume interne de chaque bouteille, de préférence entre 300 et 500
bar. Les
bouteilles ainsi obtenues contiennent au final le mélange NO/N2 à une pression
de l'ordre
de 300 bar et à une teneur de 800 ppmv.
Ces bouteilles ont été utilisées pour alimenter une installation de
distribution de NO
à des patients souffrants de vasoconstrictions pulmonaires, par exemple une
installation de
distribution de NO dont un mode de réalisation est schématisé sur la Figure
unique
annexée.
Cette installation comprend un ventilateur 1 comprenant un circuit
respiratoire ou
circuit patient 2 à deux branches, c'est-à-dire avec une branche inspiratoire
3 et une
branche expiratoire 4. La branche inspiratoire 3 est conçue pour acheminer du
gaz
respiratoire du ventilateur 1 jusqu'au patient P, alors que la branche
expiratoire 4 est
conçue pour acheminer le gaz expiré par le patient P jusqu'au ventilateur 1.
Au niveau du
patient P, l'administration du gaz se fait au moyen d'une interface patient
11, par exemple
un masque respiratoire, une sonde ou une canule trachéale.
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Le ventilateur 1 est alimenté, via plusieurs lignes de liaison 10, 10', avec
de l'air
(teneur en 02 de 21% en volume) provenant d'une source d'air 7 et avec de
l'oxygène issu
d'une source d'oxygène 7', telles des bouteilles de gaz ou des canalisations
véhiculant,
respectivement, de l'air médical et de l'oxygène provenant d'une unité de
production
5 d'oxygène, telle une unité à pression modulée (PSA), ou d'une unité de
stockage
d'oxygène, tel un réservoir tampon ou de stockage. L'air est enrichi en
oxygène dans le
ventilateur 1 et le gaz riche en oxygène ainsi obtenu est délivré par le
ventilateur 1 dans la
branche inspiratoire 3 du circuit patient 2.
Par ailleurs, un dispositif 5 de distribution de NO est relié fluidiquement à
ladite
branche inspiratoire 3 du circuit patient 2 pour y délivrer, via une ligne
d'alimentation 12,
un mélange NO/N2 à concentration d'au moins 400 ppm en volume. Le dispositif
de
distribution de NO 5 est lui-même alimenté en mélange NO/N2, via une ligne
d'amenée de
gaz 9, par un récipient de NO 6 selon l'invention, telle une bouteille de gaz
en aluminium
(cf. Tableau 1) et équipée d'un robinet ou d'un robinet à détendeur intégré 8,
de préférence
protégé par un capotage de protection contre les chocs.
Le dispositif 5 de distribution de NO permet de contrôler la quantité de N0/N2
libérée dans la branche inspiratoire 3, ainsi que le mode de libération de ce
mélange,
c'est-à-dire en continu ou de façon pulsée, par exemple uniquement pendant les
phases
inspiratoires du patient P. Il s'opère donc dans la branche inspiratoire 3,
une dilution du
mélange NO/N2 avec le gaz riche en 02 distribué par le ventilateur 1. La
dilution est
fonction de la teneur du mélange NO/N2 initial mais aussi de la concentration
de gaz à
administrer au patient.
Le Tableau 2 ci-dessous donne la contenance (en litre de gaz) de différents
emballages de 0,5 à 20 litres de contenance (i.e. B0.5 à B20) à différentes
pression (en
bar).
Tableau 2
Pression de remplissage
(bar) 150 bar 200 250 300 350
400
Type de bouteille vol L
B0.5 75 100 125 150 175
200
B1 150 200 250 300 350
400
B2 300 400 500 600 700
800
B5 750 1000 1250 1500 1750
2000
B10 1500 2000 2500 3000 3500
4000
B20 3000 4000 5000 6000 7000
8000
En fait, la consommation en NO va dépendre du type de patient , c'est-à-dire
adulte, enfant ou nouveau né, ainsi que du mode de ventilation et de la
posologie de NO
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souhaitée.
Le Tableau 3 ci-dessous donne les volumes de NO nécessaires au traitement d'un
patient adulte ventilé avec un volume minute de 10 l/min.
Tableau 3
Concentration dans
la Bouteille 225 450 900 1500
2250
(ppm)
vol ml /min
NO dose (ppm)
Volume
jour 5 327 160 80 48
48
(litres) 10 655 320 160 96
96
20 1309 640 320 193
193
NO dose (ppm)
4 jours 5 1309 640 320 193
193
(litres) 10 2618 1280 640 385
385
20 5236 2560 1280 771
771
Comme on le voit dans le Tableau précédent, pour une concentration de 450 ppm,
une bouteille de type B5 (5 litres de contenance en équivalent eau) contenant
du NO/N2
conditionné à une pression de 400 bar, donc apportant 2000 litres de gaz,
permet de traiter
un patient adulte à une posologie de 20 ppmv durant une durée d'environ 3
jours.
Dans ces mêmes conditions de concentrations et de pression de remplissage, un
traitement journalier de ce patient est possible avec une bouteille de type B2
(25 litres de
contenance en équivalent eau).
Dans tous les cas, le poids et l'encombrement de ces bouteilles à une telle
pression
sont nettement plus réduits que ceux des bouteilles de l'art antérieur. Il
s'ensuit que la
combinaison d'une haute concentration en NO (i.e. plus de 400 ppmv) et d'une
forte
pression de remplissage (i.e. plus de 250 bar) permet de réduire de manière
considérable la
taille des emballages et de faciliter leur usage en milieu hospitalier.
Cette particularité est encore plus marquée chez les nouveaux nés Ainsi, le
Tableau 4 ci-dessous montre ainsi les volumes de NO nécessaires au traitement
des
nouveau-nés ventilés avec un volume minute de 2 l/min.
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Tableau 4
Concentration dans
la bouteille 225 450 800 900 1500 2250
(en ppmv)
volume jour 5 65 32 18 16 10 6
(litres) 10 131 65 36 32 19 13
20 262 129 72 64 39 26
4 jours 5 262 129 72 64 39 26
(litres) 10 524 259 145 129 77 51
20 1047 518 290 257 154 103
On voit que pour une concentration de 450 ppm, une bouteille de type B1 (1
litre
de contenance en équivalent eau) à 400 bar apportant 400 litres de gaz permet
de traiter un
nouveau-né à une posologie de 20 ppmv durant une durée de 4 jours.
Dans ces mêmes conditions de concentrations et de pression de remplissage, un
traitement journalier de ce patient est possible avec une bouteille d'à peine
environ 250
CM3 .
Au vu de ces Tableaux, on comprend immédiatement l'intérêt à utiliser une
bouteille de volume interne inférieur ou égal à 12 litres pour conditionner un
mélange de
NO et d'azote à une pression d'au moins 250 bar, de préférence entre 300 et
500 bar,
lorsque le mélange gazeux NO/N2 contient de 400 ppm à 1000 ppm en volume de NO
et de
l'azote pour le reste.
Conditionner le NO à pression élevée, c'est-à-dire au moins 450 bar, permet de
réduire la taille des bouteilles de conditionnement utilisées (< 12 litres),
donc de résoudre
les problèmes d'encombrement susmentionnés et de permettre par ailleurs
d'adapter le
conditionnement à un traitement journalier ou par patient de manière analogue
aux
traitements classiques, donc de permettre un meilleur suivi du traitement reçu
par le
patient.
