Brevet FR2287203A1 — publié le 19760507

La présente invention concerne un procédé et un appareil permettant de détecter les néoplasies malignes et d'autres maladies susceptibles d'être détectées au stade curable. Les procédés physiques connus pour diagnostiquer les néoplasies malignes en mettant à profit l'émission thermique des tissus se basent sur le fait que, le métabolisme des cellules néoplastiques étant moins économique que celui des cellules normales d'où elles proviennent, la perte d'énergie en tant que chaleur globale émise par les néoplasies (mise en évidence par thermographie, thermovision etc.) est supérieure à celle émise par les tissus normaux - étant par conséquent repérée comme "points chauds", susceptibles d'indiquer l'emplacement probable de la néoplasie, ce qui peut ensuite être vérifié par des moyens classiques. Les inconvénients des procédés connus résident dans le fait que d'autres développements pathologiques (tumeurs bénignes, inflammations, grossesse, réactions locales d'immunité etc.) sont susceptibles de provoquer des modifications thermiques locales (points thermiques qui, pour la plupart ne diffèrent pas des points thermiques occasionnés.-par les néoplasies malignes. Le procédé conforme â la présente invention pour la détection de néoplasies malignes et d'autres maladies, conforme a la présente invention, évite les inconvénients mentionnés ci-dessus en ce qu'il comprend l'analyse du spectre infrarouge émis par certaines zones du corps étudié, zones qui peuvent être détectées préalablement par des procédés connus, par exemple par la thermographie; le spectre analysé s'étend sur toute la gamme infrarouge apte à être explorée, la nature de la lésion étant déterminée en fonction de la forme de l'image spectrale obtenue, de la largeur de la bande et de l'étendue de son déplacement en comparaison des caractéristiques correspondantes des tissus normaux. L'appareil conforme a' la présente invention utilise un monochromateur dont le collimateur agit sur la zone ponctuelle étudiée; le rayonnement infrarouge de cette zon#e est décomposé à l'aide d'un dispositif adéquat, par-exemple un prisme, ou exploré à l'aide de plusieurs filtres de la bande monochromatique. Le signal de sortie est constitué d'un rayonnement infra-rouge-monochromatique qui est transformé en courant électrique au moyen d'un transducteur adéquat tel qu'un thermoélément, un bolomètre ou un autre transducteur adéquat.Le courant électrique est ensuite am- plifié par un amplificateur électronique et affiché par un enregistreur qui trace la courbe de variation de l'intensité du rayonnement monochromatique (en fonction de sa longueur d'ondet grâce au couplage qui existe entre le système de sélection séquentielle du rayonnement monochromatique et le système de déplacement de la bande de papier de l'enregistreur; le couplage peut être d'un type classique comprenant par exemple deux autosynchroniseurs. Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-apres à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente le déplacement du maximum vers l'infrarouge lointain dans le cas de néoplasies non différenciées en comparaison de la position du maximum dans le cas de néoplasies différenciées; - la figure 2 représente la modification de la forme et de la largeur de la bande occupée dans le cas de néoplasies différenciées; - la figure 3 représente la modification de la forme et de la largeur de la bande occupée dans le cas de néoplasies dont l'intensité du spectre infrarouge est inférieure à celle des tissus normaux; - - la figure 4 représente le déplacement de la valeur du maximum du point thermique vers l'infrarouge proche dans le cas d'une maladie non cancéreuse;; - la figure 5 est un schéma par blocs d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention. Afin de faire mieux comprendre la présente invention on donne ci-après une courte introduction à la théorie. Tout phénomène énergétique se transforme finalement en une réaction thermique, la thermalisation étant l'une des dernières formes de transformation d'énergie.Cette transformation thermique d'énergie (phénomène naturel très commun) est très complexe. Ainsi, les phénomènes biologiques eux-mêmes ne représentent qu'une façon compliquée par laquelle l'énergie du photon se dégrade en énergie caldrifique. Il existe trois phénomènes essentiels biologiques et biochimiques présentant une expression énergétique partiellement connue, à savoir la photosynthèse, la respiration et la glycolyse. La photosynthèse (l'absorption d'un photon et l'induction d'un état d'excitation de courte durée, suivi d'un état "stable") transforme un état "excité" en un état stable à des intervalles extrêmement courts, 10 secondes (ce qui se traduit par la fluorescence), dont la raison n'est que partiellement connue. La respiration transforme cet état stable en un état excité, mais de nature différente; son énergie est utilisée par les membranes cellulaires pour effectuer un transport actif à 11 encontre d'un gradient électrochimique à diverses fins biologiques, ou par les muscles pour effectuer du travail mécanique Le cycle de Krebs d'acide cytrique effectué dans des cellules mitochondrie, qui intervient dans le phénomène de respiration, sert à empecher la dégradation immédiate et non spécifique d'énergie en chaleur en la dirigeant vers des processus biologiques spécifiques grace à la biosynthèse de certaines substances "macro- ergiques". Celles-ci transfèrent leur énergie de manière sélective et séquentiellement à divers systèmes enzymatiques qui jouent le role de "transducteurs", c'est-a-di}e qui sont aptes à transformer une forme d'énergie en une autre. Les données dont on dispose actuellement démontrent que c'est l'électron (excité) -qui favorise le transfert d'énergie dans les réactions biochimiques s'effectuant à l'intérieur de la cellule, et que toutes les structures biologiques, si compliquées qutel- les soient, ne représentent que l'échafaudage servant à acheminer vers des points d'utilisation l'énergie de l'électron excité, Les réactions cellulaires biochimiques les plus importantes s'accompagnent d'un échange d'énergie analogue, en ce qui concerne son intensité, à celle qui se produit en cristalloluminescence (2-10eV)o Un deuxième rang d'énergies est représenté par la présence de thermalisation d'énergie du photon vers l'infrarouge proche. Cette thermalisation correspond au niveau énergétique du phosphoremacroergique (nJP) (0,4 - 0,5# eV) représentant l'excitatio* purement électronique et oscillatoire des molécules. Cette "résonance" des champs énergétiques augmente la probabilité que des actions réciproques entrent en jeu, c'est-à-dire l'interaction des énergies macroergiques avec celles spécifiques aux divers systèmes biologiques. Enfin, des énergies de l'ordre de 0,1 à 0,2 eV, y compris la différence entre les énergies de résonance des formes tautomère des bases puriques et pyrimidiques dans la structure d'acides nucléiques, peuvent être d'une importance capitale dans les processus de mutation. En plus de cette "résonance énergétique", nécessaire pour déclencher des réactions biochimiques en chaîne dans les cellules, résonance qui à un caractère plus général, il se produit également le processus complexe de thermalisation de cette énergie (la différence entre l'énergie de déclenchement et l'énergie déclenchée), dans lequel la thermalisation se fait dans l'infrarouge proche (1-l5/u) au cours des phénomènes qui sont propres aux processus respiratoires liés aux interéactions macromoléculaires (macroergiques) et à ce type de molécules, en comparaison de la thermalisation d'autres énergies de réaction, dans laquelle les molécules en cause sont moins grandes, les énergies sont également moins importantes et la thermalisation se fait dans l'infrarouge plus lointain (10-42/u)o Dans le#s processus biologiques normaux de cellules adultes différenciées, 99 X de la totalité de l'énergie consommée, proviennent des processus respiratoires qui sont plus économiqwles et au cours desquels une moindre quantité d'énergie est perdue. Leur thermalisation se fait sur une enveloppe qui commence à 5-6/u, monte rapidement et présente son seul maximum d'intensité I de rayonnement de valeur N à 9/u environ, diminuant ensuite lentement vers 15-20/u pour donner au spectre infrarouge un aspect similaire a celui représenté par la ligne noire sur la figure 1 (courbe I). La glycolyse est un processus énergétique complexe qui est rendu prépondérant dans les cellules malignes, dans lesquelles les processus biochimiques sont analogues à ceux se déroulant dans les cellules embryonnaires-. Dans ce dernier type de processus biochimiques, l'énergie résultant de la glycolyse se consomme à un taux de 60% (par rapport à 1% dans le cas de cellules adultes normales), c'est-à-dire l'usage de l'oxygène ionique - lié résultant de la libération chimique du glucose. La glycolyse, étant une réaction endothermique, a besoin d'une contribution exogène d'énergie, qui, à son tour, thermalise pour produire de la chaleur supplémentaire. L'énergie résultant des processus respiratoires (seulement 40% de cette énergie étant utilisés dans les réactions biochimiques de la cellule maligne) engendre une quantité de chaleur de loin moins importante. Pour cette raison, la quantité totale de chaleur émise par une cellule maligne est plus grande que celle émise par le processus presque exclusivement respiratoire d'une cellule adulte normale. En outre, le spectre thermique d'une cellule maligne présente deux maxima : l'un correspond à l'énergie thermalisée résultant des réactions respiratoires (infrarouge proche -4-l5Xu), tandis que l'autre correspond à l'énergie résultant des réactions glycolytiques (infrarouge lointain - supérieur à 15wu). Il s'ensuit que le spectre infrarouge émis par les tumeurs malignes doit être plus large et doit tendre à déplacer le second maximum vers l'infrarouge plus lointain correspondant à la thermalisation de l'é- nergie résultant des réactions glycolytiques. La quantité de chaleur éliminée et sa distribution spectrale ont une importance extrême en ce qui concerne l'économie des réactions biologiques du fait que cette chaleur influe beaucoup sur ces réactions, tant qualitativement que quantitativement, pouvant provoquer l'apparition ou la disparition, l'accélération ou la décélération de certaines d'entre elles.Cette influence s'exerce en raison de l'interaction avec les énergies internes (rotation, vibration, translation) propres aux molécules réagissantes D'un autre côté, le spectre mentionné, présentant un maximum unique en 9#u environ est non seulement un résultat secondaire des réactions respiratoires biologiques, mais est aussi strictement nécessaire pour que leur -développement suive un rythme normal; la modification de ce spectre par irradiation d'autres longueurs d'onde infrarouges peut provoquer de graves perturbations (par exemple, inhibition ou excitation de la mitose, du déplacement cellulaire etc). Dans le même sens, la présence de certains processus biologiques qui se développent avec des énergies de-l'ordre de 0,1 à 0,2 eV et qui thermalisent dans l'infrarouge lointain (au-delà de 25,u) peut favoriser ou même déterminer des mutations. En outre, il se peut que le spectre infrarouge lointain,# caractéristique des réactions du type glycolytique, soit non seulement une concomitance fortuite mais aussi, comme dans le processus respiratoire, une nécessité favorisant la rétroconnexion positive (retour positif) de ce type de réaction et éventuellement une méthode de sa transmission à d'autres cellules normales proches (l'influence qu'a le contact d'une cellule cancéreuse est bien connue) Ces raisons théoriques justifient en outre l'hypothèse que les spectres d'émission de la thermalisation dans les réactions chimiques au niveau du tissu maligne subissent un déplacement plus important vers l'infrarouge lointain (figure l, courbe 2;N, > N) dans le cas de néoplasies non différenciées dont l'évo- lution est rapide et dans lesquelles la prépondérance de réactions glycolytiques atteint son maximum, que dans le cas de néoplasies différenciées (figure 2, courbe 4; N2 + N#N) qui maintiennent à un plus grand degré des réactions biochimiques du type respiratoire propres aux cellules normales. Il existe aussi des formes de cancer qui, au-lieu-de se manifeste par une augmentation de l'intensité de son rayonnement infrarouge, présente une courbe dtintensité inférieure à celle du tissu normal (figure 3, courbe 6; N4 + N5(N). Dans ces cas, la thermographie actuelle ne peut fournir des détails pr#écis concernant le processus malin. Dans le cas d'une maladie non cancéreuse, il peut se produire un déplacement vers la gauche d'une des images spectrales (figure 4, courbe 8; N6 + N7 > N). On obtient l'image spectrale à itaide d'un appareil qui analyse ltémission spectrale propre à divers points du corps, ce qui permet l'identification différenciée des régions en cause. Le fonctionnement de l'appareil permettant la mise en oeuvre du procédé proposé est analogue à celui des appareils modernes utilisés dans la spectrophotomètrie dans l'infrarouge - fonction nient représenté sur la figure 5 par un schéma par blocs. L'analyse qualitative de la distribution spectrale est fournie par un monochromateur 1, le rayonnement 3 émis par un tissu 2 comme un faisceau divergent entre par une fente réceptrice et est transformé en un faisceau parallèle par un collimateur av.nt d'être dispers##au moyen d'un prisme ou d'un réseau de diffraction (réseau de réflexion). La sélection successive de radiations monochromatiques de longueurs d'onde différentes se fait dans le plan de la fente de sortie du monochromateur au moyen d'un objectif de mise au point qui forme l'image du spectre On peut également effectuer la sélection de radiations monochromatiques de longueurs d'onde différentes au moyen de filtres (interchangeables) de la bande monocbromatique La radiation monochromatique 4 obtenue de cette façon est reçue dans un transducteur d'infrarouge 5 (par exemple un thermoélément, un bolomètre, un récepteur pneumatique ou tout autre transducteur d'infrarouge), qui convertit l'énergie rayonnée en un signal électrique a courant continu dont l'amplitude est proportionnelle à l'intensité de la radiation rionochromatique, obtenant ainsi l'analyse qualitative du spectre étudié. Ce signal électrique 6 définit le caractère qualitatif et~quantitatif du rayonnement spectral. Il est introduit dans un dispositif d'amplification 7 (par exemple, un amplificateur à courant continu ou un groupe modulateur-amplificateur à courant alternatif). Le rôle de celuici est d'amplifier le signal pour qu'il soit à un niveau permettant son affichage sur un enregistreur 8. Le système d'affichage de l'enregistreur permet d'afficher en même temps l'intensité de la radiation monochromatique et sa longueur d'onde; cela peut se faire grâce à un couplage 9 entre ltenregistreur et le système de sélection successive de radiations monochromatiques. C'est ainsi que l'on obtient les images spectrales des zones étudiées. Le procédé et l'appareil destinés à détecter les néoplasies malignes et d'autres maladies, conformément à la présente invention apportent l'avantage qu'ils permettent la spécification du diagnostic différentiel qualitatif de néoplasies malignes et d'autres maladies non malignes. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de détection de néoplasies malignes et d'autres maladies non malignes susceptibles d'être détectées au stade curable, caractérisé en ce qu'il comprend l'analyse de la totalité du spectre infrarouge émis par certains points thermiques d'un corps étudié, points qui se laissent détecter préalablement par des méthodes classiques. par exemple par la thermographie, la nature de la maladie étant déterminée en fonction de la forme de l'imagé spectrale obtenue, de la largeur de la bande occupée et de l'étendue de son déplacenent - en comparaison des caractéristiques correspondantes de l'image spectrale de tissus normaux. 2 . Appareil pour la mise en oeuvre du-procédé selon la revendication 1, caractérise en ce (u̇'il vise un "point thermique" (2) d'un corps étudié, le rayonnement infrarouge (3) de ce noint étant décomposé u moyen d'un syst--me adéquat, par exemple certains filtres de la bande nonochromatique ou un prisme d'un monochromateur (l) dont la radiation infrarouge monochromatique, constituant son signal de sortie (4), est transformée en un si gnal électrique (6) vu doyen dTUfl transducteur adéquat (5) qui peut être par exemple un thermoélément, un bolomètre ou n'importe quel transcucteur classique, le signal électrique (6) étant ensuite amplifié au moyen d'un amplificateur électronique (7) et affiché par un enregistreur (8) cAui trace la courbe de variation de l'intensité de la radiation monochromatique, en fonction de sa longueur d'onde,grâce à un couplage (9) existant entre le sys- terne de sélection successive les radiations monochromatiques et le système rle déplacement r#e la bande de papier de l'enregistreur, couplage qui est d'un type connu, constitué par exemple de deux autosynchroniseurs.