Brevet FR2471177A1 — publié le 19810619

L'invention a tuit à un procédé et à un dispositif de mesure de la vitesse doyenne du sang, et, en particulier, à un vélocimètre intravasculaire à intercorrélation. La présente invention concerne un nouveau procédé de mesure de la vitesse moyenne du sang caracterise en ce qu'il est fonde sur l'utilisation d'une sonde intravasculaire susceptible de mesurer à deux endroits distincts x et y les variations de la conductivit lors du passage d' un eir#ole de conductivité différente de celle du sang, le maximum de la fonction d'intercorrélation Cxy des deux signaux conductimétriques permettant d'accéder simplement au temps de transit moyen, entre les deux zones de mesure. La présente invention concerne également un dispositif de mesure de la vitesse moyenne du sang et, en particulier, à un vélocimètre intravasculaire à intercorrélation caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'injection du traceur, un impédancemetre à deux voies et un corrélateur en temps réel. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin cimnnexe dans lequel - la figure I est un schéma synoptique du dispositif d'étalonnage de la sonde de mesure de la vitesse moyenne du sang conforme à l'invention la lafigure 2 est une vue en coupe d'un cathéter unique à configuration adaptée aux besoins cliniques - la figure 3 est un exemple de fonction d'intercorrélation - la figure 4 est un exemple de fonction dtintercorrélation obtenue dans des conditions particuliéres décrites ci-dessous - les figures 5 et 6 montrent les tracés analogiques enregistrés à la sortie d'un impédancemàtre à deux voies représentant les variations dtim- pédances dues au passage de l'embole conductimétrique - les figures 7 à 10 sont des graphiques d'étalonnage représentant la relation linéaire entre la vitesse moyenne du fluide porteur et l'inverse maximum de la fonction d'intercorrélation. Selon l'invention, on procède à une mesure de la vitesse moyenne du sang en utilisant une sonde intravasculaire susceptible de mesurer à deux endroits distincts les variations de la conductivité lors du passage d'un embole de conductivité différente de celle du sang. Le passage du traceur aux deux points de mesure séparés par la distance L représente les signaux d'entree-sortie x(t) d'un système supposé linéaire et représentant l'écoulement dont la fonction de transfert est h(t). On obtient une équation de convolution qui relie la sortie à lten- trée, à savoir y(t) = x(t)*h(t) La transformée de FOURRIER de cette équation est représentée par l'expression suivante Y(X) =x(w) . H(S) On utilise également l'équation suivante définissant la fonction d'intercorrélation entrée-sortie C (T), à savoir yx En prenant la transformée de FOURIER de cette dernière équation, on obtient la relation suivante = .Y (W) yx S (W) représentant la densité énergétique et (W) l'expression conju yx guée de X (w). En remplaçant la transformée de FOURIER de l'équation de convolution dans la transformée de FOURIER de l'équation définissant la fonction d'intercorrélation entrée-sortie C (T), on obvient la relation S (W) = yx yx ~ H(W). Selon l'invention, tout le traceur est supposé instantanément reparti dans la section, donc |X(ldZ est une constante K2 représentant le carré de la concentration initiale et on obtient l'expression S (W) = yx Kt H(' ). En revenant dans l'espace des temps, cette expression se transforme en C (T) = k2 h(t) où h(t) peut être représenté par ltéquation si le système est représenté par n cavités de mélange en série, ayant chacune un temps de transit, et r (n) représentant la fonction factorielle. Comme h(t), la fonction d'intercorrélation C (7) présente alors un maximum pour t = (n-1)To. Ce maximum correspond au temps de transit le plus probable. L'erreur absolue commise sur la valeur du temps de transit moyen, par la mesure du maximum de la fonction d'intercorréla- tion au lieu de l'abscisse du centre de gravité, est T0. L'erreur systématique est faible et l'on peut s'en affranchir lors de l'étalonnage de la sonde. Pour la détermination pratique de la fonction d'intercorrélation, on utilise un signal conductimétrique. La variation de conductivité du fluide porteur est mesurée à l'aide de deux paires d'électrodes portées par un cathéter (figure 2) qui présente un orifice multi trnu 6 pour l'injection d'un traceur. On peut, ainsi, faire varier la distance L séparant les paires d'électrodes 2, 3 et 4, 5 (voir figure 2). On se réfère à la figure 1 qui est le schéma synoptique du disposi-tif d'étalonnage. L'électronique de détection des signaux conductimétriques consiste en une mesure rhéographique en basse fréquence, de l'onde de 10-KHz, looyn des variations d'impédance réalisées par le passage de l'embolie entre les paires d'électrodes portées par la sonde. Les signaux x(t) 7 et y(t) 8 sont analysés par un corrélateur en temps réel 9 ayant un retard incremental de 1Oms et un temps de calcul d'environ 25 secondes. Afin d'améliorer la précision de la mesure, on peut utiliser plusieurs injections successives de traceur pendant le temps de calcul.Le graphe de la fonction d'ïntercorrélation est reproduit au moyen d'un enregistreur 10 et on détermine aisément son maximum, L'etalonnage de cette nouvelle technique comporte des mesures in vitro en écoulement laminaire et turbulent, en tuyau rigide, ainsi que des mesures en écoulement pulsé superposé à un régime continu en tuyau viscoélastique. Pour l'écoulement en tuyau rigide, le tuyau de mesure 11 a une longueur de l'ordre de deux mètres et un diamètre intérieur de deux centimètres. Le débit du fluide tel que l'eau est mesuré par un débitmètre électromagnetique 12. Une pompe péristaltique 13 permet de remonter le fluide d'un déversoir basse pression 14 vers un déversoir haute pression 15. Chaque valeur de la hauteur H du déversoir haute pression 15 au niveau de l'écoulement dans le tuyau de mesure 11 détermine une vitesse moyenne du fluide dans le tuyau de mesure. Cette hauteur est variable de zéro à un mètre pour faire varier la vitesse du fluide dans le tube de mesure 11 de deux à vingt cinq centimètres par seconde. Cette gamme de vitesses correspond à des nombres de REYNOLDS de 400 à 5.000. On dispose en amont de la zone de mesure un dispositif d'injection de traceur 16 pouvant être manuel ou automatique. Le fluide traceur est constitué par du sérum physiologique. Un exemple de fonction d'intercorrélation est présenté sur la figure 3. Sur les figures 7 à 9, la droite en pointillés 17, 18, 19 représente la relation linéaire théorique entre la vitesse moyenne du fluide porteur et l'inverse du temps moyen de passage entre les deux paires d'électrodes conformes à ltéquation m T nT o v et lrp = (n-1) m o p En traits pleins, on a représenté la relation linéaire expérimentale. Dans les figures 7 et 8, les ordonnées à l'origine, non nulles, des droites expérimentales sont statistiquement significatives. Si l'on injecte le traceur à contre-courant (voir figure 9), cette valeur est significativement plus proche du zéro que dans les autres cas d'injection. Cette différence suggère que cette ordonnée à#l'origine est non seulement liée à la qualité du mélange traceur-tracé mais aussi au choix du temps de transit le plus probable tp, correspondant au maximum de C (T), plu yx tôt qu'au temps de transit moyenT#. Les droites d'étalonnage ayant ex périmentalement la forme V = L'."I n + V où L' a la dimension d'une p o longueur et VO celle d'une vitesse. La circulation artérielle peut être modelisée par la superposition d'un écoulement pulsé et d'un écoulement continu dans un tuyau viscoélastique. Le cathéter, porteur des paires d'électrodes, est introduit dans un tuyau viscoélastique, de diamètre inférieur à 0,91 centimètre qui plonge dans une cuve remplie d'eau. La distance séparant les paires d'électrodes est de 7,7 centimètres. Le fluide utilisé est de l'eau et le traceur est constitué par du sérum physiologique, tel qu'une solution de NaC1 à 9 o , injecté au moyen d'un dispositif automatique. La fréquence de pulsation du générateur de débit pulsé a été fixée à 2Hz. La gamme des vitesses couvertes dans ce cas est comprise entre 7,7 cm/s et 57,7 cm/s, ce qui correspond à une gamme de nombres de REYNOLDS moyens de 730 à 5.480. La figure 10 représente en pointillés la relation linéaire théorique entre la vitesse moyenne du fluide porteur et l'inverse du temps moyen de passage entre les deux paires d'électrodes et en traits pleins la relation expérimentale. La figure 4 est un exemple de fonction d'intercorrélation obtenue dans ce cas. On a supposé dans cette expérimentation que la valeur moyenne du diamètre lors de l'écoulement pulsé est de 0,91 centimètre. Selon un autre exemple, la distance L entre les deux paires d1élec- trodes portées par le cathéter est de cinq centimètres. Le traceur utilise est une solution de NaCi à 3 % et l'on effectue dans la veine cave in férieure d'un chien une injection manuelle en amont de la zone de mesure. Le volume injecté est de 5,5 cm3. Les figures 5 et 6 montrent les tracés analogiques enregistrés à la sortie du rhéographe à deux voies représentant les variations d'impédances dues au passage de lVembole conductimétrique. On remarque sur ces tracés que le passage de l'embole se distingue nettement des fluctuations de la section moyenne de la veine cave inférieure dues à l'influence de la respiration assistée. Le calcul de la fonction d'intercorrélation est effectué en temps différé après enregistrement des tracés analogiques sur bande magnétique. bien que l'invention ait été décrite a propos d'une forme de réalisa tion 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 combinaisons de ces divers éléments sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention, le traceur pouvant être colorimétrique, thermique ou radioactif par exemple, les détecteurs portés par le cathéter étant alors adaptés à de tels traceurs. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la vitesse moyenne du sang et, en particulier vélocimètre intravasculaire à intercorrélation caractérisé en ce qu'il comporte une sonde intravasculaire pourvue de deux détecteurs des variations de conductivité du sang et séparés par une distance connue. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif multi-trous,pour l'injection du traceur conductimétrique, sur le même cathéter ainsi qu'un impédance-mètre à deux voies et un corrélateur en temps réel. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un système automatique de détection du maximum de la fonction d'intercorrélation permettant un calcul automatique de la vitesse moyenne, l'étalonnage étant linéaire.