Procédé de mesure de la Masse grasse et de la Masse maigre d'un individu
DOMAINE DE LA TECHNIQUE AUQUEL L'INVENTION SE RAPPORTE
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le corps humain est constitué macroscopiquement de nombreux éléments de densités et de nature très différente Graisse, Os, Protéines, Eau etc. dont les quantités sont maintenues dans des proportions remarquablement constantes chez l'homme normal. On regroupe sous le nom de compartiment ou masse certains éléments ayant une valeur physiologique voisine : par exemple le compartiment graisseux, la masse musculaire.
La taille de ces compartiments permet d'abord de distinguer les individus normaux , c'est-à-dire observés le plus fréquemment et se portant bien sur une longue période d'observation (sujet maigre, musclé, gras) puis de déceler le risque pathologique ou la pathologie elle-même_ Suj e obèse,_suj et_dénutri,-suj et_ oedémateux.
La mesure de la composition corporelle est indirecte.
Depuis peu, des méthodes comme l'activation neutronique ou la résonance magnétique nucléaire permettent de faire des mesures directes de certains compartiments de l'homme vivant (graisse, protéines, calcium). Initialement, la masse corporelle (P) a été divisée en deux compartiments seulement : la masse grasse (MG) et la masse maigre (MM): La masse grasse (MG) comprend les lipides amorphes (triglycérides surtout) qu'il faut distinguer du tissu graisseux qui, lui, comprend en plus de l'eau et de la masse maigre sèche. Ce compartiment représente environ 15 % du poids du corps chez l'homme jeune et 23% chez la femme. Sa densité est de 0,90 g/ml à la température du corps. La masse maigre (MM) représente le reste de la masse corporelle c'est-à-dire le poids moins la masse grasse.
Il s'agit d'un ensemble complexe comprenant en particulier l'eau, les protéines, la masse calcique. Sa densité moyenne est de 1,10 g/ml. Ce compartiment est plus important physiologiquement que le précédent puisqu'il contient des éléments vitaux dont la disparition peut entraîner la mort. On peut diminuer de plus de 50 % ses stocks graisseux sans prendre de risque
(certains sportifs ont 4 à 5 % de graisse seulement), par contre, si l'on diminue de moitié la masse de protéines le risque vital devient considérable car les défenses de l'organisme diminuent d'autant. Les méthodes classiques ne mesurent que ces deux compartiments mais on peut actuellement séparer la masse maigre en trois à cinq compartiments. Méthodes de mesures de la MG / MM
Les Plis cutanés : la simple mesure de l'épaisseur cutanée avec un compas spécial (type Harpenden) en différents points du corps peut suffire chez des sujets normaux, pour estimer la totalité des graisses sous cutanées et profondes. L'adipomètre doit exercer une pression normalisée de 10 g/mm2. De très nombreux auteurs ont développé des équations de régression permettant de calculer la masse grasse à partir d'un nombre très variable de sites de mesures.
La Densitométrie hydrostatique :
Longtemps considérée comme la référence de la composition corporelle, elle est basée sur le principe d' Archimède, et consiste à déterminer avec une grande précision la densité du corps humain en plongeant ce corps dans de l'eau.
La répartition habituelle du poids est en générale basée sur 5 compartiments : P = MG + ECF + ICF + MIN + PROT exemple : homme
P : Masse corporelle 70 kg
MG : Masse grasse 10 kg ECF_:_Eau extracellulaire.20_litres
ICF : Eau intracellulaire 25 litres MIN : Minéraux 4 kg
PROT : Protéines 11 kg
Les méthodes électriques : Le corps humain contient 60 à 65% d'eau dans laquelle sont dissous des électrolytes dont la concentration est d'une remarquable stabilité, en accord avec le principe de l'homéostasie de Claude Bernard. Le milieu intérieur est de ce fait un remarquable conducteur d'électricité. Il était donc logique d'utiliser l'électricité pour tenter de mesurer l'eau du corps. Thomasset le premier , utilisant les théories de Fricke, a mis au point une méthode de mesure des compartiments intra et extracellulaires : Vimpédancemètrie bioélectrique (IBE ou BIA pour les anglo-saxons). Pour
Fricke, le corps humain peut être considéré comme une suspension de cellules dans un milieu conducteur homogène ; on peut le représenter par un schéma électrique simple dans lequel deux résistances figurent les secteurs extra et intracellulaires. La membrane cellulaire séparant ces deux milieux se comporte comme une capacité électrique.
Lorsqu'un courant alternatif traverse le corps, il parcourt différemment ces éléments selon la fréquence utilisée : entre 1 et 5 KHz, le courant sinusoïdal passe exclusivement dans la résistance extracellulaire (REC), au-delà de 500 KHz la capacité membranaire (CM) présente une très faible résistance au passage du courant qui, dans ce cas, passe aussi bien en extra (REC) qu'en intracellulaire
(RIC) (yoirflg. 4, schéma de Fricke). Ainsi les fréquences basses permettent de calculer le volume d'eau extracellulaire (VEC), les fréquences élevées l'eau totale (VT). Le volume intracellulaire (VIC) est obtenu par différence (VIC = VT - VEC). Ces techniques, en pleine évolution présentent encore quelques limites : suivi difficile des faibles variations d'eau ou de poids et exploration médiocre des amas graisseux localisés au tronc.
La mesure de la conductivité corporelle totale (TOBEC) est une variante de Pimpédancemétrie. Dans cette technique, au lieu d'utiliser des électrodes pour faire passer un courant, celui-ci est imposé dans le corps humain par induction [29]. Le prix du matériel et sa lourdeur sont pour l'instant dissuasifs. La pédiatrie paraît être le domaine d'application le plus justifié. Le TOBEC ne présente pas d'avantages majeurs par rapport à l'impédancemétrie bioélectrique et n'est plus guère utilisé. L'absorption biphotonique(DEXA ou DP A) : elle consiste à effectuer un balayage de l'ensemble du corps avec un faisceau très fin de rayons X à deux niveaux d'énergies. Ce faisceau, en traversant le corps du patient, va subir une atténuation qui va dépendre de la composition de la matière traversée.
L'utilisation de deux énergies très différentes (40 KeV et 100 KeV) va permettre d'individualiser trois composants : la masse calcique, la masse maigre, la masse grasse. La limite pratique de cette technique, hormis son coût, est l'impossibilité de l'utiliser au lit du malade ou au cabinet pour des résultats immédiats. es__ès_gros_obèses_ne_pourrontpas_ê^ La Résonance magnétique nucléaire elle est basée sur l'étude de la résonance des protons soumis d'une part à un champ magnétique intense et d'autre part à un ou plusieurs trains d'ondes électromagnétiques transversaux réglés à une fréquence caractéristique dite de Larmor. Il est possible avec cette méthode de détecter électivement les radicaux méthyles de la graisse et d'étudier ainsi seulement et directement ce composant.
Ce type d'examen est intéressant par l'absence d'irradiation, il est toutefois limité à la recherche en raison de son coût et de la durée des mesures (1 heure). Tous les appareils ne sont pas adaptés à la mesure des gros obèses (diamètre de l'aimant = 65 cm).
Utilité de ces mesures
Pour être utiles les mesures relevées de manière directe ou indirecte doivent être comparées à celle d'un individu de même sexe, de même âge et dans le même état somatique (ex : femme enceinte).
Grâce à ces mesures, on peut estimer de manière indirecte la masse grasse et la masse maigre d'une personne. AVANTAGES DE L INVENTION
Ce nouveau procédé utilise simplement les lois naturelles d'absorption d'une partie du rayonnement par les matières que nous désirons étudier. Ce procédé a l'avantage de ne pas être invasif et de donner instantanément les éléments recherchés. Il est très facile d'usage, plus précis que les méthodes actuelles et fort peu coûteux. Ce procédé à un avantage indéniable sur tout les procédés de mesures actuels de par le fait qu'il peut donner le taux de lipide ou d'eau de manière locale et ciblée par exemple pour détecter une tumeur du sein ou une répartition anormale des masses graisseuses ou l'apparition d'un oedème.
Notre méthode présente également un avantage majeur par rapport à impédancemétrie qui ne mesure que l'eau intra et extra cellulaire et essaye d'en tirer de manière statistique la masse graisseuse. Avec ce procédé nous pouvons directement mesurer la masse graisseuse.
Ce procédé permet également de mesurer la concentration d'autres composants tels que l'hémoglobine, le taux de globule blancs ou le collagène. EXPOSE DE L INVENTION
Le principe du procédé présenté consiste à envoyer dans la peau un faisceau dlondes électromagnétiques situé-dansTe proche-infrarouge et à mesurer-le pic d'atténuation à certaines fréquences caractérisant la présence d'eau ou la présence de lipide. La zone de mesure intéressante se situe en dessous de 1000 nm, au dessus l'eau absorbe pratiquement tout le spectre. Elle se situera au dessus de 650 nm pour éviter les pics d'absorption de l'hémoglobine. Dans cette zone, les rayonnements dans le proche infrarouge peuvent atteindre une profondeur de
8 cm.
Dans ce procédé, nous avons retenu les fréquences de 930 nm + /- 15 nm et
970 nm +/- 40 nm
Les + /- représentent la fenêtre dans laquelle une raie peut être choisie. Le pic à 930 nm correspond à une fréquence propre des lipides et des graisses et donc à un pic d'absorption énergétique traduisant leur présence (Dimiti GERASKIN RheinAhrCampus Zurich BMT 2006 6-9 september Algorithms for Muscle Oxygénation Monitoring corrected for Adipose Tissue Tickness). Le pic à 970 nm correspond à une fréquence propre de l'eau et donc à un pic d'absorption énergétique traduisant sa présence (Jacquemoud,S. ;Ustin,S.L. (2003). Cette fréquence est du à la combinaison des modes d'étirement symétriques et antisymétriques des ponts hydrogénés de l'eau (Suzuki Takayuki Revue Applied Surface Science ISSN 0169-4332 2002 vol 187 n[deg.]3-4, pp 261265).
Il est à signaler qu'un autre pic d'absorption à 1200 nm propre à l'eau permet également de déceler sa présence et peut être exploité comme celui à 970 nm. Une fois ce taux de lipide et d'eau obtenus, sachant que la répartition des masses d'un individu normal par exemple de 18,5 ans et de sexe féminin est comme suit :
E : Eau 60% P : Protéine et minéraux : 15%
L : Lipide 25%
Remarque : cette répartition doit être adaptée selon l 'âge et le sexe du sujet Grâce à ces données statistiques connues, nous pouvons estimer si l'individu de cet âge et de ce sexe est en surpoids, par exemple dans ce cas par l'équation :
(2,4 x Masse Lipide) / (Masse Eau) = Indice de Surpoids Si i < 1 individu maigre
Si i = 1 individu normal
Si i > 1 individu en surpoids Si i > 2 individu-obèse
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION
PREMIERE FORME DE REALISATION
Dans une première forme de réalisation présentée à la figure 1, un émetteur (1) d'ondes infrarouges reprenant une fenêtre du spectre situé entre 800 nm et 1000 nm est réalisé au moyen d'une lampe halogène (1) munie de filtres (13). Le faisceau (2) est appliqué sur la matière (3) à analyser, par exemple le muscle d'une personne et la traverse. De l'autre côté de cette matière sont placés 3 récepteurs (4,5 et 6) sensibles à une fréquence précise du spectre infrarouge ; ceux-ci recueillent une partie du rayonnement transmis par la matière. Les deux premiers récepteurs sont sensibles d'une part (4) au 930 nm (raie d'absorption des lipides), d'autre part (5) à 970 nm (raie d'absorption de l'eau).
Le troisième récepteur (6) est choisi arbitrairement en dehors du pic d'absorption de tout matériau contenu dans la matière à analyser soit par exemple entre 800 nm et 900 nm. Nous garderons par exemple le 850 nm +/- 50 nm pour cette raie neutre qui est atténuée de la même manière par les lipides, l'hémoglobine et l'eau, va servir de raie étalon.
La mesure de la quantité d'eau sera donnée via le système d'analyse (7) par l'équation suivante :
Concentration d'eau = (M 970 nm - M étalon 850 nm) : M étalon 850 nm
Où M = la mesure relevée sur le récepteur cité
Remarque : l'eau présente également des pics d'absorption à 1200 nm, 1470 nm +/- 50 nm et 2000 nm +/- 50 nm ; ces pics peuvent être retenus en lieu et place du pic à 970 nm.
La mesure de la quantité de lipide ou de graisse sera donnée par l'équation suivante : Concentration de lipide = (M 930 nm - M étalon 850 nm) : M étalon 850 nm
Où M = la mesure relevée sur le récepteur cité
Remarque : les lipides et les graisses présentent également des pics d'absorption à 865 nm +/- 15 nm, 1710 nm +/- 10 nm, 1820 nm +/- 20 nm et le collagène à
578 nm ; ces pics peuvent être retenus en lieu et place du pic à 930 nm. SECONDE FORME DE REALISATION
Dans une seconde forme de réalisation présentée à la figure 2, des émetteurs (8, 9 et 10) de longueur d'onde plus précise peuvent être choisis, typiquement deux diodes émettrices à 930 nm (8) et 970 nm (9) et une troisième diode étalon (10) dont la longueur d'onde est située au choix dans le spectre infrarouge et hors des pics d'absorption de la matière à analyser. Cette raie en ce qui concerne le corps humain sera choisie typiquement vers 730 nm ou entre 800 nm et 900 nm soit hors des pics d'absorption de l'hémoglobine.
TROISIEME FORME DE REALISATION
Dans une troisième forme de réalisation présentée à la figure 3, les récepteurs (4, 5 et 6) sont situés au milieu et au même niveau que l'émetteur de forme torique (11). Cet émetteur composé d'une lampe (1) ou de diodes ( 4, 5, 6) comme exposé à la figure 4 va envoyer dans la peau le faisceau infrarouge sélectionné.
Les récepteurs (8, 9, 10) recueillent les rayonnements (12) dispersés, diffusés et réfléchis dans la matière analysée (3).
Cette mesure est moins précise car elle analyse par diffusion et réflexion l'absorption de la lumière Infra rouge, et ce, dans sur la zone proche de la sonde. Cette partie proche de la sonde comprend le derme qui peut être riche en lipide et en hémoglobine.
La mesure par réflexion comparé à la mesure par transmission, en général, donne une teneur en lipides plus élevée et une teneur en eau plus faible. Il faudra donc appliquer un facteur correctif en fonction de l'endroit de la mesure. Ce type de mesure est cependant beaucoup plus facile à utiliser que le mode par transmission puisqu'il suffit de placer la tête d'émission-réception (11) sur l'endroit d'analyse.
QUATRIEME FORME DE REALISATION Dans une quatrième forme de réalisation, un procédé identique est appliqué à l'analyse de l'hémoglobine.
Les deux premiers récepteurs sont sensibles d'une part au 760 nm + /- 10 nm (raie d'absorption du deoxyhemoglobin), d'autre part à 925 nm +/- 100 nm (raie d'absorption de l'oxyhemoglobin). Les + /- représentent la fenêtre dans laquelle une raie peut être choisie.
Le troisième récepteur est choisi arbitrairement en dehors du pic d'absorption de tout matériau contenu dans la matière à analyser soit par exemple à 800 nm +/10 nm dans le cas de la chair animale. Cette raie neutre est atténuée de la même manière par les lipides, l'hémoglobine indépendamment de sa concentration en oxygène et en eau, et servira de raie étalon.
La mesure de la quantité de deoxyhemoglobin sera donnée par l'équation suivante :
Concentration de deoxyhemoglobin = (M 760 nm - M étalon 800 nm) : M étalon 800 nm
Où M = la mesure relevée sur le récepteur cité
La mesure de la quantité d'oxyhemoglobin sera donnée par l'équation suivante :
Concentration de HbO2 = (M 925 nm - M étalon 800 nm) : M étalon 800 nm
Où M = la mesure relevée sur le récepteur cité
La concentration de HbO2 présente également un pic fort d'absorption à 590 nm +/- 3 nm qui s'effondre à 600 nm; ce pic peut remplacer celui choisi à 925 nm.
De même, le pic d'absorption de HbO2 à 925 nm est légèrement dans la raie d'absorption des lipides et de l'eau. En présence de ces 2 constituants, il sera préférable de choisir cette raie de référence à 870 nm +/- 10 nm. FIGURES
1 : Lampe d'émission infrarouge
2 : Rayonnement émis
3 : Matière (Liquide, solide ou gaz) analysée 4 : Capteur sensible au 930 nm
5 : Capteur sensible au 970 nm
6 : Capteur sensible au 850 nm
7 : Appareil de traitement des données
8 : Emetteur à 930 nm 9 : Emetteur à 970 nm
10 : Emetteur à 850 nm
11 : Emetteur torique Infra Rouge (800 à 950 nm) 12 : Rayonnement réfléchit-et diffusé-par la matière
13 : Filtres électromagnétiques colorés
Method for measuring fat mass and lean mass of an individual
FIELD OF THE ART TO WHICH THE INVENTION REFERS
STATE OF THE ART
The human body is made macroscopically of many elements of densities and of very different nature Fat, Bones, Proteins, Water etc. whose quantities are maintained in remarkably constant proportions in normal man. One groups under the name of compartment or mass some elements having a physiological value neighbor: for example the greasy compartment, the muscular mass.
The size of these compartments first makes it possible to distinguish normal individuals, that is to say, observed most frequently and well over a long period of observation (lean, muscular, fat subject) and then to detect the risk. pathological or the pathology itself_ Obese obese, _suj et_dénutri, -suj et_ edemateux.
The measurement of body composition is indirect.
Recently, methods such as neutron activation or nuclear magnetic resonance make it possible to make direct measurements of certain compartments of the living man (fat, proteins, calcium). Initially, the body mass (P) was divided into two compartments only: fat mass (MG) and lean body mass (MM): fat mass (MG) includes amorphous lipids (especially triglycerides) that must be distinguished from fatty tissue which, in turn, includes water and lean dry mass. This compartment accounts for about 15% of body weight in young men and 23% in women. Its density is 0.90 g / ml at body temperature. Lean mass (MM) represents the rest of body mass, ie weight minus body fat.
It is a complex complex including in particular water, proteins, calcium mass. Its average density is 1.10 g / ml. This compartment is more important physiologically than the previous one since it contains vital elements whose disappearance can lead to death. You can reduce your fat deposits by more than 50% without taking any risk
(Some sportsmen have 4 to 5% of fat only), on the other hand, if one cuts by half the mass of proteins the vital risk becomes considerable because the defenses of the body diminish accordingly. Conventional methods only measure these two compartments, but the lean mass can now be separated into three to five compartments. Methods of measurement of MG / MM
Skin folds: the simple measurement of skin thickness with a special compass (Harpenden type) at different points of the body may be sufficient in normal subjects, to estimate all subcutaneous and deep fat. The adipometer must exert a standardized pressure of 10 g / mm 2. Many authors have developed regression equations to calculate fat mass from a very variable number of measurement sites.
Hydrostatic Densitometry:
Long considered the reference of body composition, it is based on the principle of Archimedes, and consists in determining with great precision the density of the human body by immersing this body in water.
The usual weight distribution is usually based on 5 compartments: P = MG + ECF + ICF + MIN + PROT example: man
P: Body mass 70 kg
MG: Fat mass 10 kg ECF _: _ Extracellular water.20_litres
ICF: Intracellular water 25 liters MIN: Minerals 4 kg
PROT: Protein 11 kg
Electrical methods: The human body contains 60 to 65% of water in which are dissolved electrolytes whose concentration is of a remarkable stability, in agreement with the principle of Claude Bernard's homeostasis. The internal environment is therefore a remarkable conductor of electricity. It was therefore logical to use electricity to try to measure body water. Thomasset first, using Fricke's theories, has developed a method for measuring intracellular and extracellular compartments: bioelectrical impedance (IBE or BIA for Anglo-Saxons). For
Fricke, the human body can be considered as a suspension of cells in a homogeneous conductive medium; it can be represented by a simple electrical diagram in which two resistances represent the extra and intracellular sectors. The cell membrane separating these two media behaves like an electrical capacitance.
When an alternating current flows through the body, it traverses these elements differently according to the frequency used: between 1 and 5 KHz, the sinusoidal current passes exclusively in the extracellular resistance (REC), beyond 500 KHz the membrane capacity (CM) has a very low resistance to the passage of the current which, in this case, passes in both extra (REC) and intracellular
(RIC) (see Fig. 4, Fricke scheme). Thus the low frequencies make it possible to calculate the volume of extracellular water (VEC), the high frequencies the total water (VT). The intracellular volume (VIC) is obtained by difference (VIC = VT - VEC). These techniques, in full evolution still have some limits: difficult follow-up of the small variations of water or weight and poor exploration of fatty deposits located at the trunk.
The measurement of total body conductivity (TOBEC) is a variant of impedance measurement. In this technique, instead of using electrodes to pass a current, it is imposed in the human body by induction [29]. The price of the equipment and its heaviness are for the moment dissuasive. Pediatrics seems to be the most justified field of application. TOBEC has no major advantages over bioelectrical impedancemetry and is hardly used anymore. Two-photon absorption (DEXA or DP A): this involves scanning the whole body with a very fine x-ray beam at two energy levels. This beam, passing through the body of the patient, will undergo an attenuation that will depend on the composition of the material traversed.
The use of two very different energies (40 KeV and 100 KeV) will allow to individualize three components: calcium mass, lean mass, fat mass. The practical limit of this technique, aside from its cost, is the impossibility of using it on the patient's bed or in the office for immediate results. The nuclear magnetic resonance is based on the study of the proton resonance subjected on the one hand to an intense magnetic field and on the other hand to one or more transverse electromagnetic wave trains tuned to a characteristic frequency called Larmor. It is possible with this method to detect the methyl radicals of the fat and thus to study this component only and directly.
This type of examination is interesting because of the absence of irradiation, but it is limited to research because of its cost and the duration of the measurements (1 hour). All devices are not suitable for measuring fat obese (diameter of the magnet = 65 cm).
Usefulness of these measures
To be useful, measurements taken directly or indirectly must be compared with those of a person of the same sex, of the same age and in the same somatic state (eg pregnant woman).
Thanks to these measures, one can indirectly estimate the body fat and lean mass of a person. ADVANTAGES OF THE INVENTION
This new process simply uses the natural laws of absorption of a part of the radiation by the materials we wish to study. This process has the advantage of not being invasive and giving the desired elements instantly. It is very easy to use, more accurate than current methods and very inexpensive. This method has an undeniable advantage over all current measurement methods in that it can give the lipid or water level locally and targeted for example to detect a breast tumor or abnormal distribution of fat masses or the appearance of edema.
Our method also has a major advantage over impedancemetry which only measures intra- and extra-cellular water and tries to statistically draw the fat mass. With this process we can directly measure the fat mass.
This method also makes it possible to measure the concentration of other components such as hemoglobin, white blood cell count or collagen. SUMMARY OF THE INVENTION
The principle of the method presented consists in sending a beam of electromagnetic waves located in the near infrared into the skin and measuring the attenuation peak at certain frequencies characterizing the presence of water or the presence of lipid. The interesting measuring range is below 1000 nm, above which the water absorbs almost the entire spectrum. It will be above 650 nm to avoid the peaks of absorption of hemoglobin. In this zone, near-infrared radiation can reach a depth of
8 cm.
In this method, we have retained the frequencies of 930 nm +/- 15 nm and
970 nm +/- 40 nm
The + / - represent the window in which a line can be chosen. The peak at 930 nm corresponds to a natural frequency of lipids and fats and therefore to a peak of energy absorption reflecting their presence (Dimiti GERASKIN RheinAhrCampus Zurich BMT 2006 6-9 september Algorithms for Muscle Oxygenation Monitoring Corrected for Adipose Tissue Tickness). The peak at 970 nm corresponds to a natural frequency of water and therefore to a peak of energy absorption reflecting its presence (Jacquemoud, S. Ustin, SL, 2003. This frequency is due to the combination of modes of symmetric and antisymmetric stretching of hydrogenated water bridges (Suzuki Takayuki Revue Applied Surface Science ISSN 0169-4332 2002 vol 187 n [deg.] 3-4, pp 261265).
It should be noted that another peak of absorption at 1200 nm specific to water can also detect its presence and can be exploited as the one at 970 nm. Once this level of lipid and water obtained, knowing that the distribution of the masses of a normal individual example of 18.5 years and female is as follows:
E: Water 60% P: Protein and minerals: 15%
L: Lipid 25%
Note: this distribution must be adapted according to the age and the sex of the subject Thanks to these known statistical data, we can estimate if the individual of this age and this sex is overweight, for example in this case by the equation :
(2.4 x Lipid Mass) / (Water Mass) = Overweight Index If i <1 lean individual
If i = 1 normal individual
If i> 1 overweight individual If i> 2 self-obese
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
FIRST FORM OF REALIZATION
In a first embodiment shown in FIG. 1, an emitter (1) of infrared waves taking up a window of the spectrum situated between 800 nm and 1000 nm is produced by means of a halogen lamp (1) provided with filters (13). ). The beam (2) is applied to the material (3) to be analyzed, for example the muscle of a person and the crosspiece. On the other side of this material are placed 3 receivers (4,5 and 6) sensitive to a precise frequency of the infrared spectrum; these collect a part of the radiation transmitted by the matter. The first two receptors are sensitive on the one hand (4) at 930 nm (lipid absorption line), on the other hand (5) at 970 nm (water absorption line).
The third receiver (6) is chosen arbitrarily out of the absorption peak of any material contained in the material to be analyzed, for example between 800 nm and 900 nm. We will keep for example the 850 nm +/- 50 nm for this neutral line which is attenuated in the same way by lipids, hemoglobin and water, will serve as standard line.
The measurement of the quantity of water will be given via the analysis system (7) by the following equation:
Water concentration = (M 970 nm - M standard 850 nm): M standard 850 nm
Where M = the measurement found on the receiver cited
Note: the water also has absorption peaks at 1200 nm, 1470 nm +/- 50 nm and 2000 nm +/- 50 nm; these peaks can be retained instead of the peak at 970 nm.
The measurement of the amount of lipid or fat will be given by the following equation: Lipid concentration = (M 930 nm - M standard 850 nm): M standard 850 nm
Where M = the measurement found on the receiver cited
Note: Lipids and fats also show absorption peaks at 865 nm +/- 15 nm, 1710 nm +/- 10 nm, 1820 nm +/- 20 nm, and collagen at
578 nm; these peaks can be retained instead of the peak at 930 nm. SECOND FORM OF REALIZATION
In a second embodiment shown in FIG. 2, emitters (8, 9 and 10) of more precise wavelength can be chosen, typically two emitter diodes at 930 nm (8) and 970 nm (9) and a third standard diode (10) whose wavelength is optionally in the infrared spectrum and outside the absorption peaks of the material to be analyzed. This line with respect to the human body will be chosen typically around 730 nm or between 800 nm and 900 nm, outside the absorption peaks of hemoglobin.
THIRD FORM OF REALIZATION
In a third embodiment shown in FIG. 3, the receivers (4, 5 and 6) are located in the middle and at the same level as the torus-shaped transmitter (11). This transmitter composed of a lamp (1) or diodes (4, 5, 6) as shown in Figure 4 will send into the skin the selected infrared beam.
The receivers (8, 9, 10) collect scattered, diffused and reflected radiation (12) in the analyzed material (3).
This measurement is less precise because it analyzes by diffusion and reflection the absorption of the infrared light, and in the area near the probe. This part near the probe includes the dermis which can be rich in lipid and hemoglobin.
Reflectance measurement compared to transmission measurement, in general, gives a higher lipid content and a lower water content. It will therefore be necessary to apply a corrective factor depending on the location of the measurement. This type of measurement is however much easier to use than the transmission mode since it is sufficient to place the transceiver head (11) on the analysis location.
FOURTH EMBODIMENT In a fourth embodiment, an identical method is applied to the analysis of hemoglobin.
The first two receptors are sensitive on the one hand at 760 nm +/- 10 nm (absorption line of deoxyhemoglobin), on the other hand at 925 nm +/- 100 nm (oxyhemoglobin absorption line). The + / - represent the window in which a line can be chosen.
The third receiver is chosen arbitrarily out of the absorption peak of any material contained in the material to be analyzed, for example at 800 nm + / 10 nm in the case of animal flesh. This neutral line is attenuated in the same way by lipids, hemoglobin independently of its concentration of oxygen and water, and will serve as a standard line.
The measurement of the amount of deoxyhemoglobin will be given by the following equation:
Concentration of deoxyhemoglobin = (M 760 nm - M standard 800 nm): M standard 800 nm
Where M = the measurement found on the receiver cited
The measurement of the amount of oxyhemoglobin will be given by the following equation:
Concentration of HbO2 = (M 925 nm - M standard 800 nm): M standard 800 nm
Where M = the measurement found on the receiver cited
The concentration of HbO2 also has a strong peak of absorption at 590 nm +/- 3 nm which collapses at 600 nm; this peak can replace that chosen at 925 nm.
Similarly, the HbO2 uptake peak at 925 nm is slightly in the absorption line of lipids and water. In the presence of these 2 components, it will be preferable to choose this reference line at 870 nm +/- 10 nm. FIGURES
1: Infrared emission lamp
2: Radiation emitted
3: Material (liquid, solid or gas) analyzed 4: Sensitive sensor at 930 nm
5: Sensor sensitive to 970 nm
6: Sensor sensitive to 850 nm
7: Data processing apparatus
8: Transmitter at 930 nm 9: Transmitter at 970 nm
10: Transmitter at 850 nm
11: Infra-red toric transmitter (800 to 950 nm) 12: Reflected-and scattered radiation-by matter
13: Colorful electromagnetic filters