FR2502783A1 - Measurement appts. for oxidation-reduction state of living organism - uses UV and IR radiation to produce fluorescent and reflected beams - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif pour mesurer l'état d'oxydo-réduction d'un organe vivant in situ
La présente invention concerne un dispositif pour mesurer l'état d'oxydo-réduction d'un organe vivant in situ.Device for measuring the oxidation-reduction state of a living organ in situ
The present invention relates to a device for measuring the redox state of a living organ in situ.
On connaît un dispositif de ce type décrit dans l'article intitulé "Optical consequences of blood substitution on tissue oxidation-reduction state microfluorometry" (Shigeki Kobayashi et al: extrait de la revue des Etats Unis d'Amérique "Journal of applied physiologyn vol 31, n0 1, juin 1971. Ce dispositif comporte une source de rayonnement comprenant une lampe à vapeur de mercure et des filtres . Cette source est capable d'illuminer un organe par deux rayonnements de longueurs d'onde différentes, un rayonnement ultraviolet (366 nm) et un rayonnement rouge (720 nm). L'illumination de l'organe par le rayonnement ultraviolet entraine la formation d'une fluorescence (##O - 480 nm) captée par un récepteur photoélectrique. We know of a device of this type described in the article entitled "Optical consequences of blood substitution on tissue oxidation-reduction state microfluorometry" (Shigeki Kobayashi et al: extract from the journal of the United States of America "Journal of applied physiologyn vol 31 , no. 1, June 1971. This device comprises a radiation source comprising a mercury vapor lamp and filters. This source is capable of illuminating an organ with two radiations of different wavelengths, ultraviolet radiation (366 nm ) and red radiation (720 nm). Illumination of the organ by ultraviolet radiation leads to the formation of fluorescence (## O - 480 nm) picked up by a photoelectric receiver.
L'organe renvoie une partie de l'énergie du rayonnement rouge suivant un faisceau réfléchi capté par un autre récepteur photoélectrique. Ce dispositif comporte en outre un système d'enregistrement des signaux de sortie des deux récepteurs. The organ returns part of the energy of the red radiation in a reflected beam picked up by another photoelectric receiver. This device also includes a system for recording the output signals of the two receivers.
L'intensité de la fluorescence mesurée est représentative de l'état d'oxydo-réduction de l'organe. The intensity of the fluorescence measured is representative of the state of redox of the organ.
Cependant, les variations de concentration intratissulaire en hématies perturbent les mesures photométriques, notamment lorsqu'on effectue des expériences sur un organe vivant in situ. En effet, une diminution de la concentration intratissulaire ou hématies entrain une augmentation de la fluorescence enregistrée. However, variations in intratissular red blood cell concentration disturb photometric measurements, especially when experiments are performed on a living organ in situ. Indeed, a decrease in the intratissular concentration or red cells leads to an increase in the recorded fluorescence.
Les variations d'intensité du rayonnement rouge réfléchi sont représentatives de la concentration intratissulaire en hématies. The variations in intensity of the reflected red radiation are representative of the intratissular concentration in red blood cells.
En opérant sur un organe maintenu à un état d'oxydo-réduction constant, Kobayashi a pu, à l'aide du dispositif décrit dans cet article, tracer un graphique et établir une équation reliant les valeurs d'intensité de fluorescence et de réflexion rouge obtenues d'une part avec l'organe complètement vidé de son sang et d'autre part avec l'organe contenant des taux variés d'hématies. Kobayashi estime que les résultats obtenus dans son étude montrent qu'il est possible de compenser électroniquement les variations de fluorescence en fonction de la concentration intratissulaire en hématies. By operating on an organ maintained in a constant oxidation-reduction state, Kobayashi was able, using the device described in this article, to draw a graph and establish an equation relating the values of intensity of fluorescence and red reflection obtained on the one hand with the organ completely emptied of its blood and on the other hand with the organ containing various levels of red blood cells. Kobayashi believes that the results obtained in his study show that it is possible to electronically compensate for variations in fluorescence as a function of the intratissular concentration in red blood cells.
Le dispositif décrit dans cet article permet, sur un organe isolé perfusé artificiellement, donc sur un modèle fort éloigné de l'état physiologique, en dehors de l'organisme, l'étude du rapport
NADH/NAD dans ses variations amples, lentes et provoquées, lors d'expérimentation ne pouvant se tenir qu'en laboratoire.The device described in this article allows, on an isolated organ artificially perfused, therefore on a model far removed from the physiological state, outside the organism, the study of the report
NADH / NAD in its wide, slow and provoked variations, during experimentation which can only be held in the laboratory.
La présente invention a pour but de réaliser un dispositif permettant l'étude des variations rapides (notamment au cours d'un cycle cardiaque unique), spontanées et/ou provoquées, de faible amplitude, du rapport NADH/NAD, au niveau d'un organe en place dans son organisme, normalement perfusé par du sang, en situation physiologique, notamment par voie de simple ponction, de cathétérisme intravasculaire ou d'examen endoscopique, ce dispositif étant susceptible d'applications cliniques, notamment lors d'interventions chirurgicales. The object of the present invention is to provide a device allowing the study of rapid variations (in particular during a single cardiac cycle), spontaneous and / or caused, of small amplitude, of the NADH / NAD ratio, at the level of a organ in place in his body, normally perfused with blood, in physiological situation, in particular by simple puncture, intravascular catheterization or endoscopic examination, this device being susceptible of clinical applications, in particular during surgical interventions.
La présente invention a pour objet un dispositif pour mesurer l'état d'oxydo-réduction d'un organe vivant in situ, comprenant - des moyens pour illuminer l'organe par un rayonnement ultraviolet et par un autre rayonnement, - un premier récepteur photoélectrique disposé pour détecter la fluorescence émise par l'organe en réponse à l'illumination par le rayonnement ultraviolet - et un deuxième récepteur photoélectrique disposé pour détecter le faisceau renvoyé par l'organe en réponse à l'illumination par l'autre rayonnement, caractérisé en ce que - les moyens pour illuminer l'organe comportent un premier générateur laser capable d'émettre des impulsions du rayonnement ultraviolet, un deuxième générateur laser capable d'émettre des impulsions d'un rayonnement infrarouge, ces impulsions constituant l'autre rayonnement, . des moyens pour concentrer en un même point les impulsions ultra violette et infrarouge et une fibre optique apte à transmettre les impulsions ultraviolette et infrarouge d'une de ses faces extrêmes à l'autre, une première face extrême de cette fibre étant disposée audit même point, la deuxième face extrême étant disposée dans ledit organe, - et en ce qutil comporte en outre un circuit de traitement recevant les signaux électriques délivrés par les premier et deuxième récepteurs, ce circuit étant capable d'élaborer, à partir de ces signaux, un signal électrique de sortie indépendant du taux de concentration en hématies dans l'organe, ce signal étant représentatif de l'état d'oxydo-réduction de l'organe. The subject of the present invention is a device for measuring the redox state of a living organ in situ, comprising - means for illuminating the organ by ultraviolet radiation and by other radiation, - a first photoelectric receiver arranged to detect the fluorescence emitted by the organ in response to illumination by ultraviolet radiation - and a second photoelectric receiver arranged to detect the beam returned by the organ in response to illumination by the other radiation, characterized in what - the means for illuminating the organ comprise a first laser generator capable of emitting pulses of ultraviolet radiation, a second laser generator capable of emitting pulses of infrared radiation, these pulses constituting the other radiation,. means for concentrating the ultraviolet and infrared pulses at a single point and an optical fiber capable of transmitting the ultraviolet and infrared pulses from one of its end faces to the other, a first end face of this fiber being disposed at said same point , the second end face being disposed in said member, - and in that it further comprises a processing circuit receiving the electrical signals delivered by the first and second receivers, this circuit being capable of developing, from these signals, a electrical output signal independent of the rate of red blood cell concentration in the organ, this signal being representative of the redox state of the organ.
Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention - et la figure 2 est un schéma plus détaillé d'un système électronique faisant partie du dispositif illustré par la figure 1. Particular embodiments of the object of the present invention are described below, by way of example, with reference to the accompanying drawings in which - Figure 1 schematically shows an embodiment of the device according to the invention - and FIG. 2 is a more detailed diagram of an electronic system forming part of the device illustrated in FIG. 1.
Sur la figure 1, un générateur laser à azote 1 émet une impulsion de rayonnement ultraviolet 2 de longueur d'onde 337 nm vers la cuve d'un laser à colorant 3 suivant un axe 4. Le laser à azote 1 est par exemple excité par une onde de courant se propageant le long d'une ligne plate d'excitation, cette onde étant créée par la décharge électrique d'un éclateur.Le laser à colorant 3 comporte une cuve remplie d'un liquide constitué par exemple par un mélange de deux colorants dans un solvant, les deux colorants étant l'iodure de diéthyloxatricarbocyanine (DOTC) et l'iodure d'hexaméthylindotricarbocyanine (HITC), et le solvant étant le diméthylsulfoxyde (DMSO). Cette cuve est munie d'une cavité optique résonnante comprenant deux miroirs, de façon à pouvoir émettre une impulsion d'un rayonnement infrarouge de longeur d'onde 805 nm suivant un axe 6 perpendiculaire à l'axe 4. In FIG. 1, a nitrogen laser generator 1 emits a pulse of ultraviolet radiation 2 of wavelength 337 nm towards the tank of a dye laser 3 along an axis 4. The nitrogen laser 1 is for example excited by a current wave propagating along a flat line of excitation, this wave being created by the electric discharge of a spark gap. The dye laser 3 comprises a tank filled with a liquid constituted for example by a mixture of two dyes in a solvent, the two dyes being diethyloxatricarbocyanine iodide (DOTC) and hexamethylindotricarbocyanine iodide (HITC), and the solvent being dimethyl sulfoxide (DMSO). This tank is provided with a resonant optical cavity comprising two mirrors, so as to be able to emit a pulse of infrared radiation of wavelength 805 nm along an axis 6 perpendicular to the axis 4.
Une lame optique 7 est disposée à la sortie du laser 1 et inclinée à 450 sur l'axe 4. Cette lame réfléchit à 900, suivant un axe 8, dix pour cent de l'énergie de l'impulsion 2 et laisse passer 90 pour cent de l'énergie de cette impulsion suivant l'axe 4 vers une lentille cylindrique convergente 5 disposée entre la lame 7 et le laser 3. An optical plate 7 is arranged at the output of the laser 1 and inclined at 450 on the axis 4. This plate reflects at 900, along an axis 8, ten percent of the energy of the pulse 2 and lets 90 pass through. cent of the energy of this pulse along the axis 4 towards a converging cylindrical lens 5 placed between the blade 7 and the laser 3.
Le long d'un axe 9 parallèle à l'axe 4 sont disposés successivement - une face extrême 10 d'une fibre optique 11 dont l'autre face extrême 12 est disposée dans un organe vivant 13, l'axe 9 étant perpendiculaire à la face 10, cette face pouvant avoir une forme arrondie, par exemple hémisphérique, - une lentille convergente 14 centrée sur l'axe 9 et dont un foyer est situé sur la face 10, - une lame optique 15 disposée sensiblement à l'intersection des axes 8 et 9 et inclinée à 450 sur l'axe 9 perpendiculairement à la lame 7, - une lame optique 16 disposée sensiblement à l'intersection des axes 6 et 9, parallèlement à la lame 16, - une lame optique 17 disposée parallèlement à la lame 16, sensiblement à l'intersection d'un axe de renvoi 18 avec l'axe 9, - un filtre optique 19 disposé perpendiculairement à l'axe 9 - et un récepteur photoélectrique 20. Along an axis 9 parallel to axis 4 are successively arranged - one end face 10 of an optical fiber 11, the other end face 12 of which is disposed in a living organ 13, the axis 9 being perpendicular to the face 10, this face possibly having a rounded shape, for example hemispherical, - a converging lens 14 centered on the axis 9 and of which a focal point is located on the face 10, - an optical plate 15 disposed substantially at the intersection of the axes 8 and 9 and inclined at 450 on the axis 9 perpendicularly to the blade 7, - an optical blade 16 disposed substantially at the intersection of the axes 6 and 9, parallel to the blade 16, - an optical blade 17 arranged parallel to the blade 16, substantially at the intersection of a return axis 18 with the axis 9, - an optical filter 19 arranged perpendicular to the axis 9 - and a photoelectric receiver 20.
Sur l'axe 8, un atténuateur optique 21 peut être disposé entre les lames 7 et 15, et un récepteur photoélectrique 22 peut être situé au delà de la lame 15. On the axis 8, an optical attenuator 21 can be placed between the blades 7 and 15, and a photoelectric receiver 22 can be located beyond the blade 15.
De même, sur l'axe 6 un atténuateur optique 23 peut être disposé entre le laser 3 et la lame 16,# et un récepteur photoélectrique 24 peut être situé au delà de la lame 16. Likewise, on the axis 6 an optical attenuator 23 can be placed between the laser 3 and the blade 16, # and a photoelectric receiver 24 can be located beyond the blade 16.
Sur l'axe 18, est disposé un récepteur photoélectrique 25 et un filtre 26 situé entre la lame 17 et le photodétecteur 25. On the axis 18, is arranged a photoelectric receiver 25 and a filter 26 situated between the plate 17 and the photodetector 25.
Les sorties électriques des quatre photodétecteurs 20, 22, 24 et 25 sont connectées respectivement à quatre entrées 27, 28, 29 et 30 d'un circuit de traitement 31. The electrical outputs of the four photodetectors 20, 22, 24 and 25 are connected respectively to four inputs 27, 28, 29 and 30 of a processing circuit 31.
La figure 2 est un schéma du circuit de traitement 31. Dans ce schéma, une extrémité d'une branche 32 est connectée à l'entrée 30 du circuit de traitement. La branche 32 comporte en série, à partir de l'entrée 30, un amplificateur 33, un intégrateur 34 et un circuit d'échantillonnage 35. L'autre extrémité de la branche 32 est connectée à une entrée d'un circuit diviseur 36. A l'autre entrée du circuit 36 est connectée une extrémité d'une branche 37 comprenant en série, à partir du circuit 36, un circuit d'échantillonnage 38, un intégrateur 39 et un amplificateur 40. L'autre extrémité de la branche 37 est connectée à l'entrée 28 du circuit de traitement. FIG. 2 is a diagram of the processing circuit 31. In this diagram, one end of a branch 32 is connected to the input 30 of the processing circuit. The branch 32 comprises in series, from the input 30, an amplifier 33, an integrator 34 and a sampling circuit 35. The other end of the branch 32 is connected to an input of a divider circuit 36. At the other input of circuit 36 is connected one end of a branch 37 comprising in series, from circuit 36, a sampling circuit 38, an integrator 39 and an amplifier 40. The other end of branch 37 is connected to input 28 of the processing circuit.
Un générateur d'impulsions 41 est relié à la branche 37 entre l'entrée 28 et l'amplificateur 40. A pulse generator 41 is connected to the branch 37 between the input 28 and the amplifier 40.
Une extrémité d'une branche 42 est connectée à l'entrée 27 du circuit de traitement. La branche 42 comporte en série, à partir de l'entrée 27, un amplificateur 43, un intégrateur 44 et un circuit d'échantillonnage 45. L'autre extrémité de la branche 42 est connectée à une entrée d'un circuit diviseur 46. A l'autre entrée du circuit 46 est connectée une extrémité d'une branche 47 comprenant en série, à partir du circuit 46, un circuit d'échantillonage 48, un intégrateur 49 et un amplificateur 50. L'autre extrémité de la branche 47 est connectée à l'entrée 29 du circuit de traitement. One end of a branch 42 is connected to the input 27 of the processing circuit. The branch 42 comprises in series, from the input 27, an amplifier 43, an integrator 44 and a sampling circuit 45. The other end of the branch 42 is connected to an input of a divider circuit 46. At the other input of circuit 46 is connected one end of a branch 47 comprising in series, from circuit 46, a sampling circuit 48, an integrator 49 and an amplifier 50. The other end of branch 47 is connected to input 29 of the processing circuit.
Les sorties des deux circuits diviseurs 36 et 46 sont connectées respectivement aux deux entrées d'un circuit multiplex 51 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un convertisseur analogique-digital 52. La sortie du convertisseur 52 est connectée à l'entrée d'un calculateur 53 dont les sorties sont connectées aux entrées d'un enregistreur 54. The outputs of the two divider circuits 36 and 46 are respectively connected to the two inputs of a multiplex circuit 51, the output of which is connected to the input of an analog-digital converter 52. The output of the converter 52 is connected to the input a computer 53 whose outputs are connected to the inputs of a recorder 54.
Le dispositif décrit ci-dessus et illustré par les figures 1 et 2 fonctionne de la manière suivante. The device described above and illustrated by Figures 1 and 2 operates in the following manner.
On déclenche d'abord une impulsion ultraviolette 2 du laser à azote 1, de longueur d'onde 337 nm. First, an ultraviolet pulse 2 of the nitrogen laser 1, of wavelength 337 nm, is triggered.
La lame 7 réfléchit 10% de l'énergie de cette impulsion suivant l'axe 8 vers la lame 15. Celle-ci réfléchit une partie de l'énergie du rayonnement de longueur d'onde 337 nm et laisse passer l'autre partie de cette énergie vers le récepteur photoélectrique 22. L'impulsion ultraviolette provenant de la lame 7 est donc renvoyée par la lame 15 parallèlement à l'axe 9 pour être concentrée sur la face 10 de la fibre 11 au moyen de la lentille 14. The plate 7 reflects 10% of the energy of this pulse along the axis 8 towards the plate 15. The latter reflects part of the energy of the radiation of wavelength 337 nm and lets the other part pass. this energy towards the photoelectric receiver 22. The ultraviolet pulse coming from the blade 7 is therefore returned by the blade 15 parallel to the axis 9 to be concentrated on the face 10 of the fiber 11 by means of the lens 14.
La lame 7 transmet 90% de l'énergie de l'impulsion 2 suivant l'axe 4. L'énergie ainsi transmise est concentrée par la lentille cylindrique 5 dans la cuve du laser à colorant 3 de façon à l'exciter
.Le laser 3 émet alors une impulsion infrarouge de longueur d'onde 805 nm suivant l'axe 6. La lame 16 est partiellement réfléchissante à la longueur d'onde de 805 nm ; elle renvoie suivant l'axe 9 la moitié de l'énergie de l'impulsion provenant du laser 3 et laisse passer l'autre moitié de cette énergie vers le récepteur photoélectrique 24. La lame 15 est transparente à la lumière de longueur d'onde 805 nm. Elle laisse donc passer vers la lentille 14 l'impulsion renvoyée par la lame 16. La lentille 14 concentre cette impulsion sur la face 10 de la fibre 11.The blade 7 transmits 90% of the energy of the pulse 2 along the axis 4. The energy thus transmitted is concentrated by the cylindrical lens 5 in the tank of the dye laser 3 so as to excite it
The laser 3 then emits an infrared pulse of wavelength 805 nm along the axis 6. The plate 16 is partially reflective at the wavelength of 805 nm; along the axis 9 it returns half the energy of the pulse coming from the laser 3 and lets the other half of this energy pass to the photoelectric receiver 24. The plate 15 is transparent to light of wavelength 805 nm. It therefore lets the impulse returned by the blade 16 pass to the lens 14. The lens 14 concentrates this impulse on the face 10 of the fiber 11.
Pratiquement, on peut considérer que les deux impulsions ultraviolette et infrarouge arrivent sur la face 10 sensiblement au même instant. In practice, it can be considered that the two ultraviolet and infrared pulses arrive on the face 10 at substantially the same time.
A titre indicatif, la fibre optique peut comporter un coeur en silice de diamètre 400 microns entouré d'une gaine optique également en silice mais d'indice de réfraction plus faible. L'extrémité arrondie de la fibre en contact avec l'organe permet de diminuer la réflexion parasite de Fresnel. La gaine optique peut avoir un diamè- tre extérieur de 500 microns et être entourée elle même d'une gaine de protection en matière plastique de diamètre extérieur 700 microns. Cette matière plastique est stérilisable et choisie parmi celle qui ne présentent pas d'effet coagulant en présence de sang. As an indication, the optical fiber may include a silica core with a diameter of 400 microns surrounded by an optical cladding also made of silica but with a lower refractive index. The rounded end of the fiber in contact with the member makes it possible to reduce parasitic Fresnel reflection. The optical sheath can have an outside diameter of 500 microns and itself be surrounded by a plastic protective sheath with an outside diameter of 700 microns. This plastic material is sterilizable and chosen from that which does not have a coagulating effect in the presence of blood.
Bien entendu, une telle fibre optique peut être introduite, si c'est nécessaire, dans un cathéter ou une aiguille hypodermique.Of course, such an optical fiber can be introduced, if necessary, into a catheter or a hypodermic needle.
La fibre optique 11 transmet les deux impulsions ultraviolette et infrarouge de la face 10 à la face 12 de façon à illuminer l'organe 13 qui peut être par exemple le coeur d'un malade en cours d'opération. The optical fiber 11 transmits the two ultraviolet and infrared pulses from the face 10 to the face 12 so as to illuminate the organ 13 which can for example be the heart of a patient during operation.
L'impulsion ultraviolette provoque dans l'organe 13 une fluorescence bleue de longueur d'onde moyenne 480 nm qui est transmise par la fibre 11 de la face 12 à la face 10. Puis cette impulsion est dirigée par la lentille 14 le long de l'axe 9 en traversant successivement les lames 15 et 16 qui sont transparentes au rayonnement de longueur d'onde 480 nm. The ultraviolet pulse causes in the organ 13 a blue fluorescence of average wavelength 480 nm which is transmitted by the fiber 11 from the face 12 to the face 10. Then this pulse is directed by the lens 14 along the axis 9 by successively crossing the plates 15 and 16 which are transparent to radiation of wavelength 480 nm.
La lame 17 réfléchit ce rayonnement suivant l'axe 18 vers le récepteur 25 à travers le filtre 26 qui est un filtre passe-bande ne transmettant que la fluorescence
Une partie de l'énergie de l'impulsion infrarouge transmise à l'organe 13 par la fibre 11 est réfléchie par cet organe et transmise en sens inverse par la fibre 11 de la face 12 à la face 10.The plate 17 reflects this radiation along the axis 18 towards the receiver 25 through the filter 26 which is a bandpass filter transmitting only the fluorescence
Part of the energy of the infrared pulse transmitted to the member 13 by the fiber 11 is reflected by this member and transmitted in the opposite direction by the fiber 11 from the face 12 to the face 10.
La lentille 14 dirige ensuite suivant l'axe 9 l'impulsion infrarouge réfléchie. Celle-ci traverse la lame 15 transparente à la lumière de longueur d'onde de 805 nm. La moitié de l'énergie de cette impulsion traverse la lame 16 vers la lame 17 qui est transparente à ce rayonnement. L'impulsion est finalement reçue sur le récepteur 20, après traversée du filtre 19 qui est un filtre passe-bande ne transmettant que le rayonnement infrarouge émis par le laser 3.The lens 14 then directs along the axis 9 the reflected infrared pulse. This crosses the plate 15 transparent to light with a wavelength of 805 nm. Half of the energy of this pulse passes through the blade 16 towards the blade 17 which is transparent to this radiation. The pulse is finally received on the receiver 20, after passing through the filter 19 which is a bandpass filter transmitting only the infrared radiation emitted by the laser 3.
Les atténuateurs 21 et 23 permettent éventuellement de régler les intensités respectives des impulsions ultraviolette et infrarouge de façon à les adapter aux différents types d'organes à examiner. Ces atténuateurs ne sont donc pas indispangables dans tous les cas. Il est possible aussi de supprimer les récepteurs photoélectriques 22 et 24, dans la mesure où les lasers 1 et 3 délivrent des impulsions de puissance parfaitement stable. The attenuators 21 and 23 optionally make it possible to adjust the respective intensities of the ultraviolet and infrared pulses so as to adapt them to the different types of organs to be examined. These attenuators are therefore not essential in all cases. It is also possible to eliminate the photoelectric receivers 22 and 24, insofar as the lasers 1 and 3 deliver pulses of perfectly stable power.
Il est particulièrement avantageux d'utiliser un laser infrarouge émettant à la longueur d'onde de 805 nm. En effet pour cette longueur d'onde dite "isosbestique", le coefficient de réflexion de l'organe ne dépend ni de son état d'oxydo-réduction, ni de l'état d'oxygénation du sang qui y circule. It is particularly advantageous to use an infrared laser emitting at the wavelength of 805 nm. Indeed for this wavelength called "isosbestic", the reflection coefficient of the organ does not depend on its oxidation-reduction state, nor on the state of oxygenation of the blood which circulates there.
Dans le circuit de traitement de l'information, le diviseur 36 effectue le rapport entre le signal de fluorescence et le signal d'émission du laser ultraviolet 1, ces signaux étant mis en forme dans les branches respectives 32 et 37. On obtient ainsi à la sortie du circuit 36 un signal de fluorescence F indépendant de l'intensité du signal laser délivré par le récepteur 22. In the information processing circuit, the divider 36 makes the relationship between the fluorescence signal and the emission signal of the ultraviolet laser 1, these signals being shaped in the respective branches 32 and 37. This thus gives the output of the circuit 36 a fluorescence signal F independent of the intensity of the laser signal delivered by the receiver 22.
De même, le circuit diviseur 46 effectue le rapport entre le signal de réflexion infrarouge et le signal d'émission du laser 3, ces signaux étant mis en forme dans les branches respectives 42 et 47. On obtient ainsi à la sortie du circuit 46 un signal I indé pendant du signal laser délivré par le récepteur 24. Similarly, the divider circuit 46 performs the relationship between the infrared reflection signal and the emission signal from the laser 3, these signals being shaped in the respective branches 42 and 47. Thus, at the output of the circuit 46, a signal I independent of the laser signal delivered by the receiver 24.
Après traversée des circuits 51 et 52, les signaux F et I entrent dans le calculateur 53. Celui-ci est capable de déduire des valeurs F et I une valeur Fo répondant à l'équation
Io/I = 1 + K ln (Fo/F) dans laquelle lo et Fo désignent les valeurs de I et F qu'il est possible d'obtenir lorsque l'organe est complètement vidé de son sang, K et Io étant des constantes qui peuvent être déterminées par des essais antérieurs.After crossing circuits 51 and 52, the signals F and I enter the computer 53. The latter is capable of deducing from the values F and I a value Fo corresponding to the equation
Io / I = 1 + K ln (Fo / F) in which lo and Fo denote the values of I and F which it is possible to obtain when the organ is completely drained of its blood, K and Io being constants which can be determined by previous tests.
La valeur de Fo ainsi obtenue est indépendante de la concentration intratissulaire en hématies ; elle est représentative de l'état d'oxydo-réduction de l'organe considéré. The value of Fo thus obtained is independent of the intratissular concentration of red blood cells; it is representative of the redox state of the organ considered.
Le générateur d'impulsions 41 permet, à partir de chaque impulsion laser émise par le laser 1, d'ouvrir des fenêtres temporelles prédéterminées dans tous les éléments des branches 32, 37, 42 et 47, ainsi que dans les éléments 51 et 52 du circuit 31. A cet effet, le générateur d'impulsions 41 comporte quatorze sorties représentées par des flèches, et chaque élément concerné comporte une entrée de commande illustrée aussi par une flèche. Chaque sortie du générateur 31 est reliée à une entrée de commande. C'est ainsi que la sortie 55 du générateur 41 est connectée par une liaison 56 à l'entrée de commande 57 de l'amplificateur 40. Ces fenêtres temporelles autorisent le fonctionnement de chaque élément seulement pendant un court intervalle de temps. dont les limites encadrent l'instant d'arrivée de l'impulsion.Cela permet d'éviter d'enregistrer des signaux parasites et en particulier les signaux de réflexion des impulsions laser sur la face 10 de la fibre optique 11. The pulse generator 41 makes it possible, from each laser pulse emitted by the laser 1, to open predetermined time windows in all the elements of the branches 32, 37, 42 and 47, as well as in the elements 51 and 52 of the circuit 31. To this end, the pulse generator 41 has fourteen outputs represented by arrows, and each element concerned has a control input also illustrated by an arrow. Each output of generator 31 is connected to a control input. Thus the output 55 of the generator 41 is connected by a link 56 to the control input 57 of the amplifier 40. These time windows authorize the operation of each element only for a short time interval. whose limits frame the moment of arrival of the pulse. This makes it possible to avoid recording spurious signals and in particular the reflection signals of the laser pulses on the face 10 of the optical fiber 11.
Comme indiqué sur la figure 2, l'enregistreur 54 permet d'enregistrer non seulement le signal Fo, mais aussi les signaux I et F. As indicated in FIG. 2, the recorder 54 makes it possible to record not only the signal Fo, but also the signals I and F.
Le dispositif décrit ci-dessus présente de nombreux avantages. The device described above has many advantages.
La puissance lumineuse importante délivrée par les différents types de laser ultraviolet fonctionnant en impulsions, à une cadence de répétition qui, à titre indicatif, peut être comprise entre 20 et 120 Hz, permet d'obtenir un niveau élevé de fluorescence tout en maintenant à une faible valeur la puissance moyenne d' illumination de l'organe examiné. Dans ces conditions, cette illumination n'apporte, en elle même, aucune perturbation de la valeur à mesurer (rapport NADH/NAD, par exemple) notamment par effet thermique, et, à fortiori, n'altère pas le tissu étudié. The high light power delivered by the different types of ultraviolet laser operating in pulses, at a repetition rate which, for information, can be between 20 and 120 Hz, makes it possible to obtain a high level of fluorescence while maintaining at a low value the average illumination power of the organ examined. Under these conditions, this illumination does not in itself bring any disturbance of the value to be measured (NADH / NAD ratio, for example) in particular by thermal effect, and, a fortiori, does not alter the tissue studied.
Les cadences de répétition indiquées ci-dessus permettent de délivrer au tissu à étudier un nombre suffisant d'impulsions par cycle cardiaque pour obtenir une mesure précise dans le cas de mesures sur l'homme (fréquence cardiaque au repos 1,2 Hz) ou sur l'animal (fréquence cardiaque du rat : 5 Hz). The repetition rates indicated above make it possible to deliver to the tissue to be studied a sufficient number of pulses per cardiac cycle to obtain an accurate measurement in the case of measurements on humans (heart rate at rest 1.2 Hz) or on the animal (rat heart rate: 5 Hz).
Bien qu'il soit possible d'utiliser aussi des lasers à excimères ou à exciplexes pour obtenir la fluorescence, on emploie de préférence le laser à azote dont la longueur d'onde d'émission (337 mm) est très proche du pic d'absorption du NADH, ce qui permet d'augmenter le rapport signal/bruit. Although it is also possible to use excimer or exciplex lasers to obtain fluorescence, the nitrogen laser is preferably used, the emission wavelength (337 mm) of which is very close to the peak of absorption of NADH, which increases the signal / noise ratio.
L'utilisation d'un laser à colorant comme source de rayonnement infrarouge présente deux avantages : d'une part ce laser peut être excité par une partie de l'énergie des impulsions émises par le laser ultraviolet de façon à obtenir deux impulsions de mesure, ultraviolette et infrarouge, quasi simultanées, et d'autre part le laser à colorant peut être accordé sur la longueur d'onde de 805 nm isosbestique pour l'hémoglobine. The use of a dye laser as a source of infrared radiation has two advantages: on the one hand this laser can be excited by part of the energy of the pulses emitted by the ultraviolet laser so as to obtain two measurement pulses, ultraviolet and infrared, almost simultaneous, and on the other hand the dye laser can be tuned on the wavelength of 805 nm isosbestic for hemoglobin.
L'utilisation d'une fibre optique unique, de diamètre relativement important pour capter le plus de fluorescence possible, permet néanmoins d'obtenir une flexibilité suffisante pour suivre par exemple le trajet vasculaire d'un cathéter. La fibre unique a aussi l'avantage de présenter une seule interface fibre-tissu, ce qui est préférable à une interface émission distincte d'une interface réception, de façon à augmenter le rapport énergétique du rayonnement capté au rayonnement émis. The use of a single optical fiber, of relatively large diameter to capture as much fluorescence as possible, nevertheless makes it possible to obtain sufficient flexibility to follow, for example, the vascular path of a catheter. The single fiber also has the advantage of having a single fiber-fabric interface, which is preferable to a transmission interface distinct from a reception interface, so as to increase the energy ratio of the radiation received to the radiation emitted.
Enfin, il est possible de réaliser actuellement un circuit électronique de traitement ayant un temps de réponse très court, de façon à effectuer la totalité des opérations pendant un intervalle de temps nettement inférieur à la période séparant deux impulsions laser. Finally, it is possible to currently produce an electronic processing circuit having a very short response time, so as to carry out all of the operations during a time interval significantly less than the period separating two laser pulses.
Le dispositif selon la présente invention peut être utilisé pour effectuer des mesures continues in situ du rapport NADH/NAD instantané (eu égard à l'échelle de temps des phénomènes considérés), ce qui est d'une importance biologique capitale. The device according to the present invention can be used to carry out continuous measurements in situ of the instantaneous NADH / NAD ratio (having regard to the time scale of the phenomena considered), which is of capital biological importance.
Ce dispositif peut être appliqué par exemple à l'étude du métabolisme cardiaque et notamment de ses variations en pathologie et lors d'interventions chirurgicales cardiaques. L'étude du métabolisme cardiaque peut alors se faire au niveau de l'endocarde, c'est-à-dire à l'intérieur des cavités cardiaques, par simple cathétérisme, l'abord périphérique pouvant être veineux ou artériel. This device can be applied for example to the study of cardiac metabolism and in particular of its variations in pathology and during cardiac surgical interventions. The study of cardiac metabolism can then be done at the endocardium, that is to say inside the cardiac cavities, by simple catheterization, the peripheral approach can be venous or arterial.
Ce dispositif peut être appliqué aussi à l'étude d'autres organes (cerveau, foie, rein) dans les circonstances les plus diverses (interventions pharmacologiques, transformations tumorales par exemple). This device can also be applied to the study of other organs (brain, liver, kidney) in the most diverse circumstances (pharmacological interventions, tumor transformations for example).
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0296259A1 (en) * | 1987-06-22 | 1988-12-28 | Pacific Scientific Company | Spectrometer with combined visible and ultraviolet sample illumination |
US5040889A (en) * | 1986-05-30 | 1991-08-20 | Pacific Scientific Company | Spectrometer with combined visible and ultraviolet sample illumination |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6075032A (en) * | 1983-09-30 | 1985-04-27 | アロカ株式会社 | Biochemical component analyser due to laser beam |
CN85100424B (en) * | 1985-04-01 | 1986-10-29 | 上海医疗器械研究所 | Inherent fluorescence diagnostic instrument for malignant tumor |
US8406835B2 (en) * | 2004-04-30 | 2013-03-26 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Probe head for spectroscopic analysis of a fluid |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3811777A (en) * | 1973-02-06 | 1974-05-21 | Johnson Res Foundation Medical | Time-sharing fluorometer and reflectometer |
FR2229063A1 (en) * | 1973-05-07 | 1974-12-06 | Atomic Energy Commission | |
EP0003015A1 (en) * | 1978-01-03 | 1979-07-11 | Howard Maurice Shapiro | Apparatus for non-invasive detection of zinc protoporphyrin in erythrocytes |
JPS5628778A (en) * | 1979-08-15 | 1981-03-20 | Hitoji Sakuma | Shuttle cock for badminton and its manufacture and its manufacturing device |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5216358A (en) * | 1975-07-24 | 1977-02-07 | Kubota Ltd | Thresher |
JPS53135660A (en) * | 1977-04-30 | 1978-11-27 | Olympus Optical Co Ltd | Fluorescent photometric microscope using laser light |
JPS5546726A (en) * | 1979-09-25 | 1980-04-02 | Canon Inc | Daytime flash pohotographing device |
-
1981
- 1981-03-25 FR FR8105948A patent/FR2502783A1/en active Granted
-
1982
- 1982-03-24 JP JP57047054A patent/JPS57188242A/en active Granted
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3811777A (en) * | 1973-02-06 | 1974-05-21 | Johnson Res Foundation Medical | Time-sharing fluorometer and reflectometer |
FR2229063A1 (en) * | 1973-05-07 | 1974-12-06 | Atomic Energy Commission | |
US3918812A (en) * | 1973-05-07 | 1975-11-11 | Us Energy | Diagnoses of disease states by fluorescent measurements utilizing scanning laser beams |
EP0003015A1 (en) * | 1978-01-03 | 1979-07-11 | Howard Maurice Shapiro | Apparatus for non-invasive detection of zinc protoporphyrin in erythrocytes |
JPS5628778A (en) * | 1979-08-15 | 1981-03-20 | Hitoji Sakuma | Shuttle cock for badminton and its manufacture and its manufacturing device |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
ABJP/78 * |
EXBK/71 * |
EXBK/76 * |
EXBK/79 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5040889A (en) * | 1986-05-30 | 1991-08-20 | Pacific Scientific Company | Spectrometer with combined visible and ultraviolet sample illumination |
EP0296259A1 (en) * | 1987-06-22 | 1988-12-28 | Pacific Scientific Company | Spectrometer with combined visible and ultraviolet sample illumination |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS57188242A (en) | 1982-11-19 |
FR2502783B1 (en) | 1984-10-26 |
JPH027653B2 (en) | 1990-02-20 |
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