Brevet FR2289157A1 — publié le 19760528

L'invention concerne un appareil automatique pour la mesure de l'impédance des corps, notamment des corps biologiques. L'appareil selon l'invention qui sera ci-après dénommé "impédancemètre" a et e plus spécialement realise en vue de résoudre la difficulté qu'il y a à apprécier ltetat de congélation totale d'une masse tissulaire que l'on se propose d'limi- ner par la technique opératoire faisant appel à la cryonécrose. En effet, le but de la cryochirurgie est de détruire toutes les cellules d'un tissu malade en épargnant au maximum les tissus sains avoisinants. L'obtention de ce résultat implique, au préalable que, après avoir estimé les limites sensiblement exactes du tissu ou de l'organe malade, l'on détermine les conditions exactes de congélation qui permettront d'assurer une "cryodestruction" aussi complète que possible à l'intérieur du volume "cible". On entend par volume cible l'ensemble des cellules malades que l'on a décidé de détruire. Or, lorsqu'on soustrait une certaine quantité de chaleur à un système biologique, il y a changement de phase : ce changement d'état qui transforme l'eau congelable en glace a pour conséquence "d'emprunter" à la cellule l'eau de solvation et l'eau structurale, en particulier l'eau membranaire. Etant donné que dans un système aqueux, l'eau cristallise d'abord sous forme de glace pure, il ya deshydratation. Puisque la stabilité d'un système biologique est liée au maintien d'une concentration précise de solutés, les conséquences de la disparition de l'eau de solvation intégrée à la struture cristalline de la glace néoformée seront plus ou moins importantes pour lté-quilibre de ce système; par ailleurs, la solution concentrée se trouvera située entre les cristaux de glace. Il est facile de prévoir que la disparition de "l'eau, structurée", nécessaire aux fonctions moléculaires et intermoléculaires entrainera des modifications souvent irréversibles, incompatibles avec la survie cellulaire. On peut alors comprendre les altérations des sytèmes de membrane. Le potentiel destructeur de la cryochirurgie apparait ainsi directement lié aux altérations cellulaires provoquées par les changement d'état de l'eau. Il est connu que ces considérations sont confirmées par ltexpérimentation sur des tumeurs obtenues sur des animaux tels que le rat. Il est également connu que la cryodestruction immédiate ou à court terme est d'autant plus complète que la congélation du tissu malade s'effectue à une vitesse suffisamment grande; or, pour une congélation obtenue à l'aide d'une cryode agissant par exemple par projection d'un jet d'azote liquide, 60 à 70% de l'effet congélant maximum seront atteints dans les 30 premières secondes du refroidissement et 80 à 90% en cinq minutes environ. Il n'y a donc pas intérêt à prolonger l'action de congélation de la cryode au dela de cinq minutes; d'ailleurs, au delà de cette limite, la conductibilité thermique des tissus con juguee avec les très basses températures de la cryode ( qui peut être de l'ordre de - 2000 C) risquerait de provoquer la congélation d'une "enveloppe " de tissus sains avoisinants qui ne serait pas tolérable. On peut considérer comme souhaitable que cette enveloppe soit limitée à 5 à 10 mm. d'épaisseurs ce qui signifie que, compte tenu de ce qui vient d'être exposé, l'action de la cryode soit interrompu avec une grande précision pour réaliser la congélation totale du tissu malade tout en épargnant,comme il a été dit, le maximum de tissu sain. La technique connait, pour l'appréciation de l'état de congélation du volume de tissu malade à traiter, l'utilisation de sondes constituées par des couples thermoélectriques. Ces sondes présentent l'inconvénient de ne donner une indication valable que pour le point où elles sont implantées. D'autre part, elles ne sont pas fiables en raison de ce qu'une partie de la sonde peut être en contact avec un tissu effectivement congelé tandis que sa pointe l'est avec un tissu non encore congelé. Or, dans un tel cas, elle donnera l'information de congélation. L'inventeur a ainsi été conduit à rechercher d'autres critères d'appréciation de la congélation totale. Ceux-ci résident selon l'invention, dans la constation - qu'en milieu biologique la congélation totale de l'eau contenue dans les tissus détermine une augmentation de la résistance électrique du milieu considéré d'une importance telle qu'elle cesse d'être mesurable - que, par contre, la résistance reste mesurable tant qu'il reste des veines liquides dans le milieu à congeler. L'observation des variations de la résistance tissulaire au cours de la congélation ( et aussi de la décongélation) donnera donc une indication précise sur ltétat de totale congélation ou non du tissu traité. La résistance des tissus et sa variation peut être mesurée à l'aide d'un ohmmètre travaillant en courant constant qui donne la valeur de cette résistance mesurée entre deux électrodes implantées dans le tissu tumoral et, de préférence, à sa péri phérie et en position diamétralement opposée par rapport au centre approximatif de la tumeur. Cet appareillage très simple et très sûr présente un inconvénient majeur; il faut avoir un courant important pour pouvoir négliger l'interférence d'une force contre électromotrice résultat de la polarisation des électrodes. Il s'ensuit une brûlure des tissus à l'anode, un dégagement de gaz à la cathode. En pratique ces phénomènes de polarisation, bien que minimes, peuvent fausser les résultats. Pour éviter cet inconvénient, l'invention prévoit l'utilisation d'un impédancemètre alimenté par une source alternative de courant constant. La fréquence choisie est relativement basse, de l'ordre de 1000 ou de quelques milliers de hertz; on évite ainsi tout phénomène de tétanisation et, bien entendu, toute interférence due à la polarisation des électrodes. Le courant est par exemple de 10 microampère. Ce courant constant est obtenu par branchement d'une résistance de 300 kiloohms en série sur la sortie du générateur. Cette résistance est très grande vis à vis de la résistance tissulaire à la température de l'animal d'expérimentation ( 950 ohms). La congélation est arrêtée quand la différence de potentiel maxima du générateur, c'est-à-dire 3 volts est lue sur le cadran. On constate que pour cette valeur, la résistance tissulaire obtenue est supérieure à l'impédance d'entrée du millivoltmètre - 10 mégaohms. En pratique ceci correspond à une variation très rapide de la résistance intra-tissulaire témoin. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques du principe de la mesure et la figure 3 la représentation schématique d'un mode de réalisation de la tête de mesure et la figure 4 une représentation schématique par blocs de 1' ensemble de l'appareil. Principe de la mesure La mesure de l'impédance tissulaire dérive de la méthode dite 'svoltampéremétrique" dont le schéma de principe est donné en figure 1. On connaît l'intensité I et la différence potentielle U et l'on tire directement U Résistance à mesurer = Rx = I Dans ce montage dit aval, pour que-la mesure soit précise, il faut, entre autre, que le courant dérivé par le voltmètre V soit négligeable par rapport à I. On tire donc la conclusion qu'il faut que l'impédance du voltmètre soit grande devant Rx. Mais dans cette méthode deux lectures et un calcul sont nécessaires pour connaître Rx, ce qui ne peut être envisagé dans le cadre d'une intervention chirurgicale ou le praticien est ame-né à prendre la décision d'arrenter l'action de congélation ( par exemple interrompre l'application du jet d'azote liquide)à un temps précis à quelques secondes près On remarque que le courant qui circule dans la préparation: I = U1/r + Rx entraîne U = Rx I = U1 x Rx r + Rx Cette expression montre que si U1 et r tendent vers l'infini le courant I est constant quelque soit Rx, c'est-à-dire que le voltmètre pourrait être gradué, de façon linéaire en valeur de Rx. Si cette condition de courant constant n'était pas réalisée, l'étalonnage du voltmètre serait sensiblement hyperbolique, et ne permettrait aucun calcul analogique. Le montage peut donc se réduire à celui de la figure 2 dans lequel S désigne une source de courant constant, V le voltmètre de mesure et Rx la résistance du tissu à mesurer qui déterminé la chute de potentiel U,ou lton a Différence de potentiel à mesurer : U = Rx I ce qui entraîne : U fonction linéaire de Rx Réalisation pratique de la tête de mesure La tête de mesure est réalisée à l'aide l'amplificateurs opérationnels. Le schéma en est donné en figure 3. A1 est un adaptateur d'impédance ( la résistance interne est sensiblement égale à i gigaohm) pour ne pas dériver du courant. Us A2 et A3 constituent la source de courant constant : I = RUS si les résistances R sont strictement identiques. L'amplificateur A4 associé aux résistances R1, R2 et au condensateur C sert à compenser les capacités parasites C du montage. Si Cp est la capacité parasite on a : Cp = R2 Il faut régler la résistance R2 jusqu'a ce que la relation ci dessus soit satisfait c'est-à-dire juste avant la surcompensation ou le système entre en oscillation. Schéma bloc de l'ensemble de l'appareil. La tête de mesure est suivie d'un amplificateur sélectif (dans la mesure en courant alternatif) destinée à éliminer les parasites (50 Hz et harmoniques, fermetures de contacts, bruit de l'électronique). Le détecteur ne laisse passer que les valeurs positives du signal; celui-ci est ensuite "lissés' par le filtre et en ce point la différence de potentiel à mesurer U = k Rx. Un amplificateur logarithmique permet d'afficher des valeurs correspondant au millième de Rx soit et 100 kJL -r 100 M##. Ce dispositif est remarquable en ce qu'il une grande dynamique de sa mesure sans avoir à intervenir dans les réglages. Il est d'une grande simplicité d'emploi et enfin l'utilisation de composants récents ont permis une réalisation peu onéreuse. Dans le commerce on ne trouve pas de dispositif répondant à ces spécifications. Soit ce sont ohmmètres un peu simples, soit des ponts de mesures difficiles à manipuler, soit des ponts automatiques très onéreux qui sont proposés. L'appareil est limité, par conception, dans le,s basses valeurs de Rx à lOOXL et par la technologie dans les fortes valeurs à 100 5; On peut atteindre sur toute la gamme une mesure à 5% et entre lk et 1M une mesure à Une ambiance parasitée est préjudiciable à la précision de la mesure. Bien entendu, l'appareillage qui vient d'être décrit pourrait trouver également son application dans la mesure des cynétiques de congélation des produits biologiques in vitro, de même qu'au contrôle des opérations de lyophilisation et de conservation par le froid de denrées alimentaires. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'appréciation du moment ou, au cours d'une opération de congélation d'un corps biologique de contour détermi- né, la congélation devient totale, caractérisé en ce que l'on implante à la périphérie du corps au moins deux électrodes reliées à un dispositif de mesure de l'impédance du corps entre lesdites électrodes en vue de déterminer les variations de cette impédance qui sont fonction de l'ôtant de congélation dudit corps, et plus particulièrement de déterminer le moment où cette impédance devient très grande et qui correspond à une congélation totale. 2 - Procédé-selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure de la résistance ou impédance est effectuée en courant alternatif. 3 .Dispositif pour la mesure des impédances selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux électrodes destinées à être implantées dans le corps à congeler reliées aux bornes d'une-tête de mesure comportant, un générateur de- courant'constant suivi d'un adaptateur d'impédance aménagé de manière å supprimer tout courant dérivé connecté à un circuit aménagé de manière à compenser les capacités parasites du montage. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tête de mesure est connectée à un filtre amplificateur sélectif lui-même connecté $ un détecteur absolu connecté à un filtre passe-bas connecté lui-même, d'une part, à un "trigger" et, d' autre part, en parallèle avec ce dernier, à un amplificateur logarithmique suivi d'un dispositif d'affichage. 5 - Dispositif selon la revendication 3 aménagé sensiblement selon le schéma de la figure 3. 6 - Dispositif selon la revendication 4 aménagé sensiblement selon le schéma de la figure 4.