Brevet FR2277347A1 — publié le 19760130

La présente invention concerne un montage et un appareil permettant de détecter des variations de l'impédance d'objets biologiques et, en particulier, de tissus vivants et permettant, en outre, une mesure des composantes de résistance et de capacité de la variation d'impédance concernée. Le circuit électrique équivalent d'un objet biologique et, par exemple, d'un tissu vivant, est un circuit série-parallèle constitué par une résistance de travail avec laquelle une capacité est montée en parallèle, combinaison avec laquelle une capacité supplémentaire est, en outre, montée en série. La résistance ohmique du tissu est, lors de mesures en courant alternatif, une propriété du liquide intercellulaire. La capacité en parallèle correspond aux membranes de toutes les cellules du tissu, qui sont disposées en couches en série entre les électrodes dites "de recueil". Cette capacité, qualifiée ici "de membranes" a, surtout dans le cas de tissus vivants, une signification physiologique extraordinaire.Sa détection directe est, toutefois empêchée par une capacité série dite "de diffusion" qui résulte de l'accumulation d'ions déclenchée par l'intensité du courant passant et qui, même dans des conditions favorables, est beaucoup plus grande que la capacité des membranes. Strictement parlant, il existe également une composante inductive mais qui, dans le cas d'objets biologiques, est suffisamment faible pour qu'elle puisse être négligée. Les montages actuellement connus permettent de détecter des variations de l'impédance de la manière suivante : on branche en série sur l'objet examiné une résistance de grandeur connue et l'on applique à cette combinaison un courant hautefréquence. Au moyen d'un voltmètre électronique, on mesure alors la tension, d'une part, sur l'objet examiné et, d'autre part, sur l'ensemble de la combinaison en série. A partir des grandeurs mesurées et de la grandeur de la résistance connectée, on peut calculer l'impédance.Dans le cas où, par exemple lors de l'étude d'une espèce connue d'un tissu vivant, une série de mesures sont effectuées, il suffit de détecter, dans divers états physiologiques du tissu examiné, des variations de tensions Dans le cas où l'on applique à la combinaison en série résistance-tissu un courant haute fréquence de tension constante, la valeur de tension mesurée sur le tissu examiné est proportionnelle à la variation d'impédance à détecter et est suffisamment instructive pour le cas considéré. Un calcul de la valeur absolue de l'impédance n'est alors plus effectué. Un inconvénient des montages actuellement connus réside dans le fait qu'ils ne reproduisent les variations d'impédance d'objets examinés que sous la forme de sommes vectorielles de leurs composantes de résistance et de capacité. Or, une somme vectorielle de composantes d'impédance, sans détermination des grandeurs vectorielles respectives de ces composantes, ne constitue pas une source d'informations maximales sur les variations physiologiques des objets examinés. En effet, une variation relativement minime de l'impédance à détecter qui lors de la mise en oeuvre des méthodes de mesure connues, dépasse déjà la limite des possibilités de détection, peut être et est d'ailleurs généralement provoquée par des variations beaucoup plus importantes des composantes élémentaires. Une impédance donnée d'un objet biologique tel que, par exemple, un tissu vivant, oppose une résistance au passage d'un courant haute fréquence appliqué à celui-ci. Cette impédance présente des composantes ohmique, capacitive et inductive. La composante inductive est, dans le cas d'un tissu vivant, suffisamment faible pour qu'on puisse la négliger dans la suite de l'exposé. La mesure des valeurs, qui sont proportionnelles aux valeurs à déterminer des composantes ohmique et capacitive de l'impédance, est effectuée comme suit : On branche le tissu vivant à examiner en utilisant des électrodes ponctuelles, en série avec deux résistances identiques, aux bornes d'un générateur haute-fréquence.Pour un niveau donné de la tension concernée, on mesure au moyen d'un voltmètre électronique la tension aux bornes de la combinaison en série résistancé-tissu, ainsi que la tension sur le tissu lui-m#me. Les tensions mesurées sont alors proportionnelles aux composantes d'impédance à déterminer. Les valeurs absolues des composantes d'impédance peuvent être calculées à partir des valeurs mesurées d'une manière relativement simple mais, en pratique, ce calcul n'est généralement pas nécessaire. La mesure est effectuée avec une tension appliquée constante et les valeurs mesurées sont suffisamment instructives pour permettre l'étude d'états physiologiques du tissu examiné. Un inconvénient du procédé qui vient d'être décrit réside dans le fait que la mesure proprement dite doit être effectuée par au moins deux personnes, surtout lors d'une étude de tissus d'êtres vivants. L'une de ces personnes s'occupe de la manipulation avec les électrodes et la seconde surveille les appareils de mesure. Dans ces conditions, les résultats obtenus sont sujets à une certaine erreur car, avec les dispositifs actuellement utilisés, une lecture simultanée de deux tensions différentes, au moment du réglage précis du niveau nécessaire de la tension appliquée, ne peut être assurée et ceci même si l'on utilise simultanément deux appareils de mesure et, a fortiori, si l'on se sert d'un seul appareil de mesure avec possibilité de commutation. Suivant l'invention, on branche en série avec l'objet examiné deux résistances de même grandeur entre les bornes d'une source de courant haute-fréquence. Dans le cas où la tension haute-fréquence appliquée est constante, les tensions mesurées, respectivement, aux bornes de la seconde résistance et sur le tissu examiné, sont proartionnelles aux composantes de résistance et de capacité des impédances à déterminer. La détermination des grandeurs vectorielles des composantes d'impédance respectives augmente considérablement la sensibilité et la valeur indicative des mesures, de sorte qu'on obtient ainsi la possibilité de distinguer avec plus de précision les variations mesurées des états physiologiques des objets biologiques examinés. L'appareil suivant l'invention correspondant de mesure automatique de valeurs proportionnelles à la caractéristique d'impédance d'objets biologiques comporte une source de courant haute-fréquence modulé en amplitude, qui alimente un circuit série constitué par deux résistances identiques et par l'ojet examiné et aux noeuds duquel est monté en parallèle un bloc de comparateurs, dont les comparateurs à porte sont directement reliés aux appareils de reproduction avec couplage réactif, tandis qu'un comparateur de commande est connecté à des portes des appareils de reproduction, par l'intermédiaire d'un générateur de tension échelonnée.Ce montage permet, au moment où la tension appliquée à la combinaison en série précitée de deux résistances identiques et de l'objet examiné atteint le niveau nécessaire, de recueillir simultanément les valeurs de tension aux bornes de la combinaison résitance-tissu et sur le tissu proprement dit. Les tensions recueillies simultanément sont, soit transmises à un indicateur numérique ou, par exemple, directement imprimées par un appareil de reproduction approprié. La manipulation d'un tel dispositif de mesure se limite au simple enfoncement d'un bouton-poussoir de démarrage. Les valeurs obtenues ne sont sujettes à aucune erreur due à une lecture tardive ou non simultanée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui en représente, à titre d'exemple, non limitatif, un mode de réalisation. Sur ce dessin la figure 1 représente un exemple de schéma de principe d'un dispositif suivant l'invention la figure 2 represente graphiquement la dépendance entre les valeurs de tension mesurées et les composantes de l'impédance mesurée la figure j est un schéma de principe d'un appareil de mesure permettant l'enregistrement simultané des deux valeurs de tension mesurées, et la figure 4 représente un exemple de réalisation pratique de ce montage. L'objet examiné 3 est, comme représenté sur la figure 1, monté en série avec deux résistances identiques 1 et 2, entre les bornes d'un générateur haute-fréquence 4. Un voltmètre électronique 13, branché en permanence aux bornes 5, 6 et 7, mesure les valeurs de tensions U1, U2 et U3. Sur la figure 2, U1 représente la tension appliquée à l'ensemble de la combinaison en série, U2, la tension mesurée aux bornes de la combinaison en série résistance-tissu,et U3, la tension mesurée sur le tissu proprement dit. La valeur des résistances utilisées est R1 = R2.D'après la représentation graphique, on peut voir que la grandeur de la composante de résistance re est donnée par la relation re = U3. cos S tandis que la composante de capacité cap. est donnée par la formule cap. = U3 . sin Sur la figure 3, qui représente un schéma de principe de l'appareil suivant l'invention permettant la mesure automatique simultanée des deux grandeurs, on a utilisé, en ce qui concerne les éléments déjà représentés sur la figure 1, les mêmes références numériques que sur celle-ci. Aux points 5,6 et 7 de la combinaison en série de deux résistances identiques 1 et 2 et de l'objet examiné 3 est branché un bloc de comparateurs 9, auquel est appliquée, par l'intermédiaire de la borne 11, une tension de comparaison stabilisée à un niveau U1.Dès que l'amplitude du signal appliqué au point 5 atteint le niveau U1, le bloc de comparateurs 9 traite les tensions des points 6 et 7, qui sont données par les appareils de reproduction 8 sous la forme de valeurs résultantes de U2 et U3. la figure 4 représente un exemple d'une réalisation pratique d'un dispositif conforme au schéma de principe de la figure 3 dans laquelle on utilise, comme appareils de reproduction, des unités numériques constituées par des portes 821 et 831, par des compteurs 822 et 832, par dés convertisseurs numériques-analogiques 823 et 833 et par des indicateurs numériques 824 et 834. Au moyen d'un bouton-poussoir 10, le générateur modulé en amplitude 4 est mis en service et alimente avec son courant d'une fréquence de 105 Hz et d'une densité de l'ordre de 10 6 A, la combinaison en série de deux résistances identiques 1 et 2 et du tissu examiné 3. Le comparateur 91 compare le signal modulé en amplitude du générateur 4 avec la tension de la borne 11 qui est stabilisée à la valeur Ur = 4 mV.Au moment où la modulation en amplitude atteint la valeur U1, le générateur 12 commence à établir la tension échelonnée. En même temps, le comparateur 92 compare la tension du point 6 avec celle de la sortie du convertisseur numérique-analogique 833 et, si ces deux tensions sont au même niveau, il verrouille la porte 831, ce qui immobilise le compteur 832, afin que la tension mesurée soit recueillie par l'indicateur numérique 834 sous la forme de la valeur résultante U3. Lorsqu'on désire ef fectuer une autre mesure, le dispositif n'exige aucune nouvelle préparation. Après remplacement du tissu 3, il suffit d'appuyer sur le bouton-poussoir 12 pour faire apparattre sur les indicateurs numériques 824 et 834, d'une manière pratiquement simultanée, de nouvelles valeurs correspondant aux mesures des tensions U2 et U3 du nouveau tissu. Le montage suivant l'invention et l'appareil correspondant permettent une détection de variations de l'impédance d'objets biologiques avec une valeur indicative beaucoup plus intéressante que les dispositifs actuellement connus. Or selon des constatations récentes, les variations d'impédance constituent une propriété biophysique importante des tissus, qui indique des états morphologiques typiques de cellules, ce qui est d'une grande importance, et, surtout, ce qui convient pour l'établissement d'un diagnostic précoce des différents types de carcinomes. REVENDICATIONS 1. Montage permettant de détecter des variations de l'impédance d'objets biologiques et, en particulier, de tissus vivants, caractérisé en ce que deux résistances de même grandeur sont montées, en série avec l'objet examiné, entre les bornes d'une source de courant haute-fréquence, tandis qu'un appareil de mesure monté en parallèle est prévu pour recueillir les tensions régnant en différents points du montage. 2. Appareil de mesure automatique de valeurs proportionnelles à la caractéristique d'impédance d'objets biologiques, utilisant le montage suivant la revendication 1 et caractérisé en ce qu'on utilise, comme source de courant haute-fréquence, un courant haute-fréquence modulé en amplitude, qui alimente le circuit en série constitué par l'objet examinéet les deux résistances de même grandeur, tandis qu'aux noeuds de ce circuit en série est branché un bloc de comparateurs, dont les comparateurs à porte sont directement reliés, avec couplage réactif, à des appareils de reproduction et tandis qutun comparateur de commande est connecté à des portes des appareils de reproduction, par l'intermédiaire d'un générateur de tension échelonnée.