Breath analysis and diagnosis by Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy (QEPAS). : Application to cardiovascular diseases.
Analyse et diagnostique de l'air exhalé par spectroscopie photoacoustique (QEPAS). : Application aux maladies cardiovasculaires.
Résumé
Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide. However, their diagnosis is quite late due to the invasive nature of the required tests. Some gases are produced endogenously by the body and rejected through the respiratory system. Measurements in exhaled air are rapid and non-invasive. If it is possible to demonstrate a link between these gases and a particular pathology and quantify them, it is therefore, possible to have access to the body metabolism. To date, only the measurement of nitric oxide (NO) in the exhaled air is recognized and used as a diagnostic value in clinical practices, even though other gases present an established link with different pathologies. One reason for this is the difficulty to standardize the measurement conditions and techniques, as well as the repeatability of the results, which must consider variability factors amongst subjects and within the same subject during different tests. The QEPAS (Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy) technique offers an excellent sensitivity and selectivity. The use of tunable lasers with very narrow spectral widths compared to the absorption lines of gases at atmospheric pressure allows the discrimination of a molecule of interest in a complex gas matrix, even at very low concentrations (parts per billion (ppbv)). A sensor has been developed for gases associated with cardiovascular diseases: carbon monoxide, nitric oxide, isoprene and acetone. Combining the sensor with a device used in medical routine has enabled the establishment of a sampling system that takes into account variations related to humidity and exhaled airflow. This has permitted the reconstruction of the complete carbon monoxide expirogram and the measurement of capnography and expiratory flow rates, providing information about the origin of the gases in the airways.
Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde. Cependant, leur diagnostic reste assez tardif étant donné la nature invasive des tests à effectuer. Certains gaz sont produits de façon endogène par le corps et rejetés entre-autres par les voies respiratoires. Les mesures dans l’air exhalé étant rapides et non-invasives, s’il est possible de démontrer de l’existence d’un lien entre ces gaz et une certaine pathologie, alors il est possible d’avoir accès à des informations sur le métabolisme. A ce jour, seule la mesure de monoxyde d’azote (NO) dans l’air exhalé est reconnue et utilisée comme valeur diagnostic à l’hôpital bien que d’autres gaz présentent un lien direct et avéré avec d’autres pathologies. Une raison à cela est la difficulté de standardisation des conditions et techniques de mesures et la répétabilité des résultats qui doivent tenir compte des facteurs de variabilité entre sujets et pour un même sujet au cours de différents tests. La technique QEPAS (Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy) présente de très bonnes propriétés en termes de sensibilité et sélectivité. L’utilisation de lasers accordables présentant une largeur spectrale très fine par rapport aux raies d’absorption des gaz à pression atmosphérique, permet la distinction d’une molécule d’intérêt dans une matrice de gaz complexe même présente à des concentrations très faibles de l’ordre de la particule par milliard (ppbv). Un capteur a été développé pour la détection de monoxyde de carbone, de monoxyde d’azote, d’isoprène et d’acétone, ces gaz ayant un lien avec les maladies cardiovasculaires. La combinaison du capteur avec un appareil utilisé en routine médicale a permis la mise en place d’un système d’échantillonnage permettant de tenir compte des variations liées à l’humidité et au débit d’air exhalé. Ceci a permis la reconstitution de l’expirogramme complet de monoxyde de carbone ainsi que la mesure de la capnographie et des débits expiratoires informant de la provenance du gaz dans les voies aériennes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)