Brevet FR2231017A1 — publié le 19741220

La présente invention est relative à un nouveau capteur ou dispositif de mesure des rayons ss émis par une substance radio-active contenue dans le circuit sanguin. La mesure de 11 émission p d'isotopes radio-actifs introduits dans le circuit sanguin est un problème difficile, pour différentes raisons. Tout d'abord, la mesure doit s'effectuer directement dans une veine ou une artère du patient en raison de la portée limitée des rayons p émis. En outre, les doses de radiation émises étant relativement faibles, le détecteur utilisé doit avoir une bonne sensibilité. Jusqu'à présent, ce problème n a pas été résolu de manière entièrement satisfaisante. Bes capteurs connus sont constitués par une aiguille comportant à son extrémité de petits cristaux scintillateurs solides. La sensibilité de ces capteurs est très faible en raison de l'angle solide limité suivant lequel la lumière émise par le scintillateur peut pénétrer à l'intérieur de l'aiguille. Il existe donc un besoin pour un capteur de haute sensibilité. La présente invention a pour objet de fournir de nouveaux capteurs à haute sensibilité. L'invention est basée sur l'utilisation d'un scintillateur liquide contenu dans une cavité prévue à l'une des extrémités d'une fibre optique cathétérisable. Selon un mode de réalisation, le capteur de l'invention comprend un scintillateur liquide contenu dans une cavité prévue à l'une des extrémités d'une fibre optique cathétérisable et un dispositif de mesure du rayonnement lumineux émis par le scintillateur, prévu dans le prolongement de l'autre extrémité de la fibre optique. Avec ce mode de réalisation, on mesure directement le rayonnement lumineux émis par le scintillateur liquide lorsque celui-ci est soumis à un rayonnement p. Selon un autre mode de réalisation, le capteur de l'invention comprend un mélange de scintillateur liquide et d'une substance photochromique dans sa forme colorée, contenu dans une cavité prévue à l'une des extrémités d'une fibre optique cathétérisable, un ensemble optique prévu dans le prolongement de l'autre extrémité de la fibre optique et envoyant un faisceau lumineux monochromatique dans cette fibre, et un dispositif de mesure du faisceau partiellement réfléchi par ledit mélange. Dans ce mode de réalisation, le scintillateur liquide, lorsqu'il est soumis à des rayons ss émet un rayonnement qui décolore la substance photochromique dans une mesure qui est fonction de l'intensité des rayons p, modifiant ainsi la capacité d'absorption du faisceau lumineux par le mélange scintillateur-substance photochromique et donc l'intensité du faisceau réfléchi par ledit mélange. La mesure de l'intensité de ce faisceau réfléchi permet de mesurer le rayonnement 0. Ce mode de réalisation est plus sensible que le précédent, la substance photochromique réalisant une véritable amplification des signaux émis par le scintillateur. Bes capteurs de l'invention peuvent être facilement cathétérisés, la fibre optique pouvant avoir un diamètre d'une fraction de millimètre. Grâce à cela, on peut opérer en des endroits du corps humain qui n'étaient pas accessibles avec les capteurs antérieurs. Ma description qui va suivre en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut entre réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. Ma figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un capteur selon l'invention, et La figure 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation d'un capteur selon l'invention. Le capteur de rayons p représenté sur la figure 1 comprend une -fibre optique 1 entourée d'une mince gaine 2 transparente, par exemple en élastomère de silicone, qui dermite à l'une des extrémités de la fibre une cavité remplie d'un scintillateur liquide 3. Dans le prolongement de l'autre extrémité de la fibre se trouve un dispositif photodétecteur 4 constitué, par exemple, par un photomultiplicateur qui est relié à un dispositif de mesure 5. Be fonctionnement de ce capteur est le suivant : lorsque le scintillateur liquide 3 se trouve exposé à un rayonnement p, il émet des scintillations ou signaux dans le visible, qui se propagent le long de la fibre, sortent de la fibre et arrivent au photomultiplicateur. Bes signaux arrivant au pho tnmultiplicateur sont alors comptés et intégrés par le dispositif de mesure. De cette mesure, on en déduit la dose de rayons ss, les signaux émis par le scintillateur étant proportionnels à ce rayonnement p. Bes signaux émis par le scintillateur étant assez faibles, il convient d'utiliser un dispositif photodétecteur à haute sensibilité. Be capteur de rayons ss représenté sur la figure 2 comprend une fibre optique Il entourée d'une mince gaine 12 transparente, par exemple en élastomère de silicone, qui délimite à l'une des extrémités de la fibre une cavité remplie d'un mélange 13 d'une substance photochromique dans sa forme colorée et d'un scintillateur liquide. Dans le prolongement de l'autre extrémité de la fibre se trouve une source lumineuse monochromatique 14 associée à un système optique 15 qui envoie un faisceau lumineux parallèle dans la fibre via une lame semiréfléchissante 16 orientée à 450 par rapport au faisceau lumineux.Le capteur comprend, en outre, un dispositif photodétecteur 17 constitué, par exemple, par un phototransistor ou une photodiode et relié à un dispositif de mesure 18. Bn variante, au lieu d'utiliser une source monochromatique, on pourrait utiliser une source polychromatique associée à un filtre approprié. La longueur d'onde du faisceau lumineux monochromatique doit correspondre à la bande d'absorption de la substance photochromique colorée. Be fonctionnement de ce capteur est le suivant Be faisceau lumineux émis par la source 14 traverse la lame 16, entre dans la fibre, se propage le long de celleci, atteint le mélange substance photochromique-scintillateur et est partiellement absorbé et partiellement réfléchi par celui-ci. Be faisceau réfléchi se propage le long de la fibre, sort de celle-ci, vient frapper la lame semi-réfléchissante 16, est réfléchi à angle droit par celle-ci et vient frapper le photodétecteur 17. L'intensité de la lumière arrivant au photodétecteur est alors mesurée par le dispositif de mesure 18. Be degré de réflexion du faisceau lumineux par le mélange 13 est fonction de la densité optique, c'est-à-dire du degré de coloration dudit mélange, laquelle dépend elle-meme de l'intensité du rayonnement p. La substance photochromique étant initialement dans sa forme colore, lorsque le scintillateur est exposé à des rayons ss il émet des scintillations dans le visible et ces scintillations provoquent une conversion de la forme colorée de la substance photochromique vers sa forme incolore qui est fonction du nombre de scintillations émises par le scintillateur.De son coté, l'absorption du faisceau lumineux par le mélange sera d'autant plus forte que le mélange sera plus coloré. Inversement, le taux de réflexion de ce faisceau lumineux par le mélange sera d'autant plus grand que le mélange sera plus décoloré. Autrement dit, plus le rayonnement p est intense, plus les scintillations émises par le scintillateur sont nombreuses, plus la décoloration de la substance photochromique sera importante, plus le taux de réflexion du faisceau lumi neux par le mélange sera élevé et plus l'intensité de lumière frappant le photodétecteur sera grande. On comprend que, par un étalonnage préalable approprié, on puisse déduire de la mesure de l'intensité du faisceau réfléchi, la dose de rayonnement p. Dans ce dernier mode de réalisation, l'utilisation d'une substance photochromique en mélange avec le scintillateur liquide permet de rdaliser une amplification des signaux émis par le scintillateur, la décoloration de la substance photochromique étant un phénomène très sensible. En outre, l'efficacité de décoloration est optimale puisque les signaux émis par le scintillateur sont absorbés dans le milieu même ou ils sont produits. Enfin, la substance photochromique réalise une intégration in situ des scintillations émises par le scintillateur, ce qui permet de simplifier beaucoup les circuits du dispositif de mesure 18, par rapport à ceux du dispositif de mesure 5 nécessaire pour le mode de réalisation de la figure 1. Dans les capteurs des figures 1 et 2, le diamètre de la fibre optique peut être de l'ordre d'une fraction de millimètre et le volume de la cavité peut être de l'ordre de 1 ou 2 mm3. On décrira maintenant quelques matériaux utilisables comme scintillateurs liquides et substances photochromiques. Scintillateurs liquides Par l'expression "scintillateurs liquides", on veut dire des matériaux fluorescents en solution dans un solvant approprié, généralement un solvant aromatique, tel que le benzène, le toluène ou le xylène. Bes scintillateurs liquides conviennent tout particulièrement au comptage des particules de faible énergie (rayons p mous). En raison de l'isotropie du milieu, on peut obtenir des rendements de comptage relativement élevés (voisins de 100%). Comme scintillateur liquide, on peut utiliser, par exemple, le p-terphényl et ses dérivés; le diphényl-2,5-oxazole; le phényl-2-(biphényl-4)-5-oxadiazole-1,3,4; le (t-butylphényl-4')-2-(biphényl-4")-5-oxadiazole-1,3,4; le di[(phényl5-oxazolyl)-2]-1,4-benzène; le di[(méthyl-4-phényl-5-oxazolyl) j2-1,4-benzène; le p-bis(o-méthyl-styryl)benzène ou tout autre composé scintillateur pouvant etre mis en solution dans un solvant compatible. On pourra trouver des détails supplémentaires concernant les scintillateurs liquides ainsi que d'autres exemples de tels scintillateurs dans des ouvrages tels que - Actions chimiques et biologiques des radiations; collection dirigée par M. Haissinsky; -Masson et Cie, Editeurs; - Mesures en radioactivité, par M. Brière, B. Jouve et R. Paulin; Hermann, Editeur; - Détecteurs de particules, compteurs et scintillateurs, par Daniel Blanc; Masson et Cie, Editeurs. Pour des scintillateurs liquides classiques du type terphényl, le nombre de photons lumineux émis par KeV d'énergie absorbée est de 4 à 6, le rendement lumineux est de 1 à 2 et la durée des scintillations est de l'ordre de 10 8 seconde. L'émission s'effectue dans le visible, en particulier dans le o bleu vers 4500 A. Substances photochromiques : Par le terme "substance photochromique", on désigne toute substance susceptible d'un changement de couleur réversible sous l'action de la lumière. Ce changement peut s'illustrer par l'équation forme incolore 2 forme colorée Les espèces chimiques pouvant subir ce changement peuvent tre des molécules ou des ions complexes. la transformation pelle être induite dans le sens 1, dans le sens 2 ou dans les deux sens.Pour pouvoir utiliser le terme "photochromique", il faut que l'induction de la transformation dans au moins un des sens soit obtenue par absorption de radiations. l'évolution dans l'autre sens peut aussi être obtenue par chauffage ou application d'un champ électrique. Bes états A et B sont stables du point de vue de la mécanique quantique; ce sont généralement des états fondamentaux de la molécule. B peut également être un état excité de longue durée ntentralnant pas d'émission de radiations. Le rendement quantique d'une réaction photochromique est généralement inférieur à 1. l;'évolution dans le sens 1 (coloration) nécessite un éclairement relativement intense et il existe un seuil au-dessous duquel la transformation n' a pas lieu. Ma décoloration (sens 2) nécessite généralement un éclairement inférieur à celui de la coloration. Comme substances photochromiques, on peut utiliser, par exemple, des spiropyrannes indoliniques, des spiropyrannes benzothiazoliniques, des anils, des fulgides, des dérivés du stilbène, des sydnones, des dérivés du camphre et du triphénylméthane, l'oxyde de diphényl-2,3-indénone, ainsi que toute substance photochromique dont la décoloration peut être activée par absorption de lumière visible et gui peut être mise en solution dans un solvant compatible avec un scintillateur liquide. On pourra trouver des exemples spécifiques de substances photochromiques du genre ci-dessus utilisables dans l'invention dans les brevets français n 72 23 184, 72 24 945 et 72 45 972, et les brevets des E.U.A. n 3 020 171, 3072 481, 3 104 980, 3116 148, 3 364 023, 3 359 103 et 2 528 496, entre autres. Biel entendu, lorsqu'on utilise un mélange d'un scintillateur et d'une substance photochromique, il conviendra de choisir un scintillateur émettant à une longueur d'onde généralement dans le visible susceptible d'induire la décoloration de la forme colorée de la substance -* . Après l'exécution d'une mesure de rayonnement ss, la substance photochromique présente dans la cavité pourra entre ramenée à son état coloré en exposant la cavité à des rayons ultra-violets ou à une autre excitation susceptible de déplacer la réaction réversible cidessus dans le sens 1. A titre d'illustration, on donne ci-après quelques exemples de compositions susceptibles d'entre utilisées dans les capteurs de l'invention. Compositions sans substance photochromique; Exemple A diphényl-2,5-oxazole ............................ 0,8 g di[(phényl-5-oxazolyl)-2]-1,4-benzène ........... 0,03 g toluène .......................................... 100 cm3 Exemple B phényl-2-(biphénylyl-4)-5-oxadiazole-1 ,3,4 0,5 g xylène ........................................... 100 cm3 Exemple C (t-butyl-4-phényl)-2-(biphénylyl-4")-5-oxadiazole-1,3,4 ................................... 0,8 g p-bis(o-méthyl-styryl)-benzène .................. 0,02 g toluène .......................................... 100 cm3 Compositions avec substance photochromique:: Exemple D diphényl-2,5-o azole .0 0,8 g di[(phényl-5-oxazolyl)-2]-1,4-benzène ............ 0,03 g spiro(méthyl-3,nitro-6,méthoxy-8-benzo-2H, pyranne-2,2',méthyl-3',thiométhoxy-6',benzo- thiazoline) ...................................... 0,06 g toluène .......................................... 100 cm3 Exemple E (t-butyl-4'-phényl)-2-(biphénylyl-4")-5oxadiazole-1,3,4 ................................ 0,8 g p-bis(o-méthyl-styryl)benzène ................... 0,02 g spiro(nitro-6,méthoxy-8,benzo-2H,pyranne-2,2', isopropyl-1',diméthyl-3',3'-indoline) 0 0,06 0,06 g toluène ........................................ 100 cm3 Exemple F phényl-2-(biphényl-4)-5-oxadiazole-1,3,4 ........ 0,5 g oxyde de diphényl-2,3-indénone .................. 0,02 g xylène ........................................ 100 cm3 il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. RliVENDICASIONS 1. Capteur de rayons p émis par une substance radio-active contenue dans le circuit sanguin, caractérisé en ce qu'il comporte l'utilisation d'un scintillateur liquide contenu dans une cavité prévue à l'une des extrémités d'une fibre optique cathétérisable. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un scintillateur liquide contenu dans une cavité prévue à l'une des extrémités d'une fibre optique cathétérisable et un dispositif de mesure du rayonnement lumineux émis par le scintillateur, prévu dans le prolongement de l'autre extrémité de la fibre optique. 3. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange de scintillateur liquide et d'une substance photochromique dans sa forme colorée, contenu dans une cavité prévue à l'une des extrémités d'une fibre optique cathétérisable, un ensemble optique prévu dans le prolongement de l'autre extrémité de la fibre optique et envoyant un faisceau lumineux monochromatique dans cette fibre, et un dispositif de mesure du faisceau partiellement réfléchi par ledit mélange.