Brevet FR2311309A1 — publié le 19761210

La présente invention concerne une sonde de mesure du débit d'un fluide à faibles fluctuations de température, tel que par exemple, le débit du flux sanguin. Cette sonde est montée en bout d'un catheter afin d'être introduite dans des veines, des artères, dans la cavité cardiaque, etc... Le but de la présente invention est de fournir séparément et de facon continue les deux paramètres caractéristiques du débit d'un fluide, c'està-dire la vitesse moyenne du fluide, et la section du vaisseau, variable dans le temps ou non. La mesure de la vitesse moyenne se fait dans des conditions d'équilibre, indépendantes de la température de base du fluide. Le dispositif permet des mesures de vitesse en continu. Il est à remarquer que la mesure est indépendante du sens d'écoulement du fluide. La mesure de la vitesse moyenne du fluide s'effectue en dissipant, dans le fluide, à travers un métal bon conducteur de la chaleur, une quantité de chaleur connue et en mesurant la température du métal à l'équilibre thermique qui sera fonction de la vitesse du fluide. A cet effet, l'invention concerne une sonde de mesure de la vitesse d'un fluide à faiblesfluctuati de température, notassent de fluide sanguin, montée en bout d'un catheter, déterminant la vitesse du fluide par mesure, à l'aide d'un pont de Wheatstone, de la résistance d'une thermistance avant et après injection de chaleur par perte Joule dans une résistance ohmique, caractérisée en ce que, d'une part, la thermistance et la résistance ohmique sont contenues dans un premier cylindre diffuseur de la chaleur de haute conductibilité thermique et, d'autre part, elle comporte une seconde thermistance, en contact thermique avec le fluide par l'intermédiaire d'un second cylindre de meme nature que le premier cylindre, montée dans une deuxième branche du pont de Wheatstone en vue de compenser les variations de la température de base du fluide. L'invention sera bien comprise d'après la description d'une forme d'exécution préférée, mais non limitative, et du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en élévation avec arrachement partiel de la sonde selon la présente invention - la figure 2 est un schéma de montage électrique de ltensemble du dispositif - la figure 3 est un schéma électrique du dispositif de mesure de la section d'un vaisseau dans lequel est placée la sonde. La sonde de mesure de débits vasculaires, selon la présente invention et la figure 1, comporte un cylindre 1 de protection en un matériau assu rant une parfaite conductibilité de la chaleur, notamment métallique. Afin d'éviter toute coagulations lorsque le dispositif est destiné à la mesure du débit sanguin, ce cylindre 1 est de préférence en or, doré ou siliconaté selon des procédés connus pour de tels appareils. Le cylindre 1 contient; d'une part, une résistance ohmique 3 et, d'autre part, une thermistance 4. Ces résistance 3 et thermistance 4 sont reliées à des circuits électriques respectifs par des conducteurs Sa et 5b. Des mesures respectives de précaution, telles que des gaines isolantes 6a, 6b, sont prises ainsi que l'on procède pour tous ces dispositifs de mesure utilisés en médecine. La thermistance 4, résistance électrique dont la valeur décroît rapidement quand la température du milieu dans lequel elle est plongée, donc sa température propre croît, est reliée par son circuit électrique, selon la figure 2, à un pont de Wheatstone 14. La résistance 3 est reliée à son tour, par son circuit électrique respectif et à travers un interrupteur 15, à une source 16 de courant continu ou alternatif à débit très constant. Le cylindre 1 est placé en bout d'un catheter 2 qui permet d'introduire la sonde de mesure, constituée par l'ensemble du cylindre, dans une artère, veine, cavité cardiaque, etc..., à l'endroit où on veut mesurer le débit sanguin. Dans les conditions locales, au moment où aucun courant n'est débité par la source 16, l'interrupteur 15 étant ouvert, une certaine température d'ambiance s'établit au niveau du cylindre 1 et rapidement à celui de la ther mistance 4. Un équilibre thermique se réalise entre le fluide en mouvement, en l'espèce le sang, et le cylindre 1, notamment la thermistance 4. On équilibre alors le pont de Wheatstone 14. On ferme ensuite l'interrupteur 15 et on fait passer dans la résistance 3 un courant d'intensité constante. On obtient une diffusion de chaleur par effet Joule, notamment un débit de chaleur qu'on lit sur un wattmètre il étalonné en unités de puissance injectée. La thermistance 4 est chauffée et le pont de Wheatstone 14 est désé- quilibré. Un nouvel équilibre thermique se réalise entre le cylindre 1 et le sang en mouvement, qui emporte par conductivite une-partie de la quantité de chaleur.Il en reste toutefois une partie qui chauffe la thermistance 4. On équilibre à nouveau le pont de Wheatstone 14 à l'aide de sa résistance variable 17. L'équilibre thermique établi est à un niveau qui dépend de la vitesse moyenne du fluide dans lequel plonge le cylindre 1 contenant la thermistance 4. En fait, le dispositif mesure la variation de -résistance de la thermistance 4 avant et après injection d'une certaine quantité de chaleur. Les mesures sont faites à l'aide du pont de Wheatstone 14 en courant continu ou alternatif. La différence de potentiel recueillie aux bornes du pont est amplifiée par un amplificateur 12, notå ent à circuit intégré à gain réglable. Des expériences répétées permettent d'effectuer un étalonnage du dispositif afin d'obtenir, pour des puissances injectées sous forme de chaleur connues, les courbes donnant la relation fonctionnelle entre les tensions de sortie du pont de Wheatstone 14 et les vitesses du fluide en circulation, notannent de sang. L'appareil peut être evidew ent gradué directement en vitesse pour différentes valeurs du débit de chaleur injectée. La partie chauffante peut en effet être directement réalisée par le cylindre diffuseur de chaleur, on choisira alors à cet effet un matériau ayant une résistivité connue. Deux points de ce cylindre seront alors reliés par Sa au circuit de chauffage. La sonde de vitesse comporte une seconde thermistance routée dans une deuxième branche du pont de Wheatstone en vue de compenser les variations de la température de base du fluide en #uvement. Cette thermistance 6 est logée dans un second corps la réalisé dans le ê e métal que le cylindre 1 et qui est séparée de la première tbermistance 4 et du cylindre 1 par un isolant thermique 7. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la sonde et plus particulièrement le cylindre 1, comporte deux électrodes annulaires (figure 1) 16a, 17a, placées à une certaine distance l'une de l'autre, par exemple de l'ordre de un à deux centisetres. Ces électrodes, en une matière impolarisable conductrice de l'électricité, sont disposées de manière à être, au ~ zains par tiellerent, en contact avec le fluide dans lequel baigne le cylindre 1. Les électrodes 16a et 17a sont reliées, respectivement par l'intermédiaire de conducteurs 18 et 19, à un dispositif 20 de mesure de la section du vaisseau dans laquelle est placée la sonde. La figure 3 représente d'une tanière détaillée une forme d'exécution non limitative du dispositif de mesure 20. Ce dispositif comprend un générateur 21 d'un signal électrique basse fréquence dont la sortie est reliée, par l'in termédiaire d'une résistance 22 de valeur R1, d'une part, à une entrée d'un premier amplificateur adaptateur d'impédance 23 et, d'autre part, à l'électrode 17a par l'intermédiaire du conducteur 19. L'autre électrode 16a est connectée, par le conducteur 18, d'une part, à la nasse et, d'autre part, à une entrée d'un second amplificateur adaptateur d'impédance 24. La sortie du premier anr plificateur d'impédance 23 est reliée à un potentiosètre 25 dont le curseur est connecté à une entrée d'un amplificateur différentiel 26 dont l'autre entrée est reliée à la sortie de l'adaptateur d'impédance 24. La sortie d'amplifica- teur différentiel 26 est à son tour relié à un déoodulateur 27 connecté, d'une part, à un ampèremetre 28 et, d'autre part, à un amplificateur de sortie 29. Le dispositif 20 permet ainsi de mesurer, par l'intermédiaire d'un pont de résistance, l'impédance à basse fréquence, de l'ordre de îOkKz, du segment interélectrodes. A cette fréquence le sang dans lequel est plongée la sonde 1 peut être considéré comte une résistance purement ohmique. La résistance R entre les électrodes 16a et 17a est donnée par. dans laquelle P est la résistivité du sang; la distance entre les électrodes 16a et 17a et S la section du vaisseau. En agissant sur le potentiomètre d'é- quilibrage 25, on peut obtenir l'équilibre dans lequel on a étant les deux résistances partielles du potentiosetvë 25. On a donc On peut choisir la valeur R1 de la résistance 22 de telle façon que l'on ait Q1 = R, et de ce fait, on peut obtenir directement la valeur de la section S par le rapport Dans le cas de la circulation pulsatile artérielle, on obtient Les variations de la section par démodulation (démodulateur 27) et- amplification (amplificateur 29) des variations de la résistance R autour de la position d'é- quilibre. Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, on peut combiner les résultats fournis par les dispositifs de mesure 8 et 20 pour obtenir automatiquement une indication du débit. A cet effet, on prévoit un dispositif 30 (figure 1) assurant la multiplication du signal de sortie du dispositif 8 de mesure de la vitesse et du signal de sortie du dispositif 20 de mesure de la section du vaisseau, ce dispositif 30 délivrant à sa sortie un 8i- gnal proportionnel au produit vitesse x section) ctest-à-dire au débit. On peut vérifier ainsi les variations de section d'un vaisseau sanguin sous l'action d'un agent chimique quelconque. La sonde #uivant l'invention peut donc être utilisée avantageusement dans les recherches pharmacologiques portant sur les drogues à action vasculaire. La sonde peut, d'autre part, être munie d'une lumière 31 permettant soit l'injection d'agents chimiques, la prise de sang aux fins d'analyses, soit la mesure de la pression du fluide suivant des dispositifs 32 connus à ce jour. La mesure simultanée de la pression et des variations de section permet de déduire des propriétés importantes sur l'élasticité de la paroi des vaisseaux. La sonde présente de très intéressantes possibilités de miniaturisa~ tion, supérieures aux dispositifs connus à ce jour et, de ce fait, elle peut être également utilisée à la mesure de débits coronaires, par exemple. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de comr binaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Revendications 1) Sonde de mesure de la vitesse d'un fluide à faibles fluctuations de température, notamment de fluide sanguin, montée en bout d'un catheter, déterminant la vitesse du fluide par mesure, à l'aide d'un pont de Wheatstone, de la résistance d'une thermistance avant et après injection de chaleur par perte Joule dans une résistance ohmique, caractérisée en ce que, d'une part, la thermistance 4 et la résistance ohmique 3 sont contenues dans un premier cylindre 1 diffuseur de la chaleur de haute conductibilité thermique et, d'aux tre part, elle comporte une seconde thermistance 6, en contact thermique -avec le fluide par l'intermédiaire d'un second cylindre la de messe nature que le premier cylindre 1, montée dans une deuxième branche du pont de Wheatstone en vue de compenser les variations de la température de base du fluide 2) Sonde selon la revendication I caractérisée en ce que le cylindre diffuseur de chaleur réalise en même temps la résistance dhsiq# 3) Sonde de mesure suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la seconde thermistance 6 est séparée de la première thermistance 4 et de la résistance chauffante 5 par un isolant thermique 7. 4) Sonde de mesure suivant l'une quelconque des teven#tcations I à 3 caractérisée en ce qu'elle comporte deux électrodes aimuiai#res 16a, 17a, espa- cées axialement l'une de l'autre, en contact avec le fluide à l'extérieur de la sonde, et des moyens pour mesurer l'impédance du segment inter-ilectredes et pour en déduire la valeur de la section et de ses variations du vaisseau sanguin dans laquelle est placée la sonde. 5) Sonde de mesure suivant la revendication 4 caracterssee en ce que les électrodes annulaires 16a, 17a sont reliées, par l'intermédiaire de conducteurs respectifs 19, 18 respectivement à un générateur de signal électrique basse fréquence 21 et ayant trait d'un premier adaptateur d'impédance 23, et a la masse ainsi qu'à l'entrée d'un second adaptateur d'impédance 24, la sortie du premier adaptateur d'impédance étant connectée à un potentiomètre d'équili- brage 25 dont le curseur est relié à une entrée d'un amplificateur différai- tiel dont l'autre entrée est connectée à la sortie du second adaptateur d'im- pédance#24, la sortie de l'amplificateur différentiel 26 étant reliée à un démodulateur 27 lui-meme connecté à un ampèremetre 28 et un amplificateur de sortie 29. 6) Sonde de mesure suivant l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisée en ce que les première et seconde thermistances 4, 6 et la résistance de chauffage 5 sont reliées, par les conducteurs respectifs 10a, 10b 10c, à un dispositif de mesure de la vitesse du fluide 8, en ce que les électrodes 16a, 17a sont reliées par des conducteurs respectifs 18, 19 à un dispo sitif 20 de mesure de la section du vaisseau sanguin dans laquelle est placée la sonde et en ce que les sorties des deux dispositifs de mesure 8 et 10 sont reliées aux entrées d'un dispositif 30 assurant la sultiplication des signaux et délivrant à sa sortie un signal représentant le débit du fluide sanguin. 7) Sonde de mesure suivant la revendication I caractérisée en ce qu'elle comporte une lumière 31 permettant l'injection d'agents chimiques, la prise de sang, la mesure de la pression du fluide.