Indirect Method of Non Invasive in-vitro Measurement of D+ Glucose

In this paper, we present the results obtained on the glycemia measurement by an indirect method. The theoretical aspects showing the relations between the dielectric parameters and the sensor impedance embedded in blood medium are given. We also show the relations between this impedance and the criterion of the characterisation corresponding to the ratio V0/VI for glycaemia concentration. The blood used in our measurement is calf’s blood. The measurement method uses a sensor to electromagnetic coupling based on loss currents. This sensor allows the detection of the blood’s glucose level through the variation of the sensor impedance that is depend on the dielectric parameters of blood, in particular the conductivity. In experimental part, we give a description of the measurement bench where static and dynamic measurement methods were carried out. The results are given with comments and discussion. The in vitro results present a standard deviation of 2.1 mV, an average error of 1.8 mV, and a maximum variation of 3.6 mV equivalent to a maximum error of 197 mg dl-1 on the concentration of D+ glucose compared to the line of tendency

Approche théorique et réalisation d'un système d'ablathérapie intracardiaque par sonde électrophysiologique haute fréquence : contrôle et optimisation du transfert de puissance par adaptation d'impédance automatisée

The intracardiac ablatherapy is used in order to treat troubles of rythm and conduction realizing an intracardiac ablatherapy system, using a high frequency electromagnetic signal, delivered by an electrophysiological probe, is the principal purpose of this work. The second one is to modelize theoretically, the ablatherapy, whose object is to trace temperature's isodoses in the intracardiac wall. First, this model is obtained by the calculation of the Specific Absorbed Rate (S.A.R.) by the biological tissue; second, the beat equation is resolved by the numerical method of the finite differencies. The originality of this realization is the reproductibleness of the injuries, whose dimensions are perfectly controled by an automatic impedance adaptation. It allows to ignore the changes of the electrical characteristics of the tissues, during the ablatherapy. The design of this electrophysiological probe has allowed the optimization of energy transfer in the load.L'ablation intracardiaque est utilisée pour traiter les troubles de rythme et de conduction. La réalisation d'un système d'ablatherapie intracardiaque utilisant un signal électromagnétique de haute fréquence délivre par une sonde electrophysiologique constitue l'objectif principal de ce travail. Le deuxième objectif est la modélisation théorique de l'ablatherapie qui a pour but de tracer les isodoses thermiques dans la paroi intracardiaque. Cette modélisation est obtenue d'abord par le calcul de la densité de puissance absorbée par le tissu biologique; l'équation de la chaleur est résolue par la méthode numérique des différences finies. La réalisation du système d'ablatherapie a pour originalité la possibilité de réaliser des lésions reproductibles, parfaitement contrôlables en dimensions grâce à une adaptation automatique d'impédance. Celle-ci permet de s'affranchir des variations, des caractéristiques électriques, des tissus au cours de l'ablatherapie. La conception de la sonde electrophysiologique a permis d'optimiser le transfert d'énergie vers la charge

Modélisation théorique et expérimentale d'un système de mesure électromagnétique non-invasif (application à la mesure de la glycémie)

Le contrôle quotidien de la glycémie fait partie des mesures à prendre en considération par les diabétiques pour équilibrer leur taux du glucose dans le sang et éviter ainsi de grave complications. En effet si ces contrôles ne sont pas douloureux c'est à dire non-invasifs, ils offrent la possibilité au patient d'augmenter sa fréquence de contrôle ou même de contrôler sa glycémie en temps réel. Un tel contrôle diminue substantiellement les complications associées à cette maladie. D'où l'idée d'une application originale des méthodes à courants induits afin de mesurer, sans contact, le taux du glucose dans le sang. Apres la réalisation du capteur, une étude théorique et de modélisation est effectuée. La validation expérimentale du capteur est obtenue à l'aide de plusieurs compagnes de mesures in-vitro. Dans chaque série de tests, l'influence de la température, la reproductibilité des mesures et la résolution du capteur sont examinés. Ces mesures ont été effectuées avec une carte instrumentale réalisée au laboratoire. Finalement, nous comparons les résultats expérimentaux à ceux obtenus dans la modélisation.The glycaemia daily control belongs to the measures taken into account by the diabetics in order to balance their blood glucose rate and thus avoid serious complications. Indeed if these controls are not painful i.e. non-invasive, they make it possible to the patient to increase his frequency of glycaemia control or even to control its glycaemia in real time. Such a control decreases substantially the complications associated at this disease. Where come the idea of an original application of the eddy current methods in order to measure without contact the glucose rate in blood. After the sensor realization , a theoretical and modelling study is carried out. For each tests series, the temperature effect, the measurements reproducibility and the sensor resolution are examined. The sensor experimental validation is obtained by carrying out several measures in-vitro. These tests were carried out with an instrumental card designed at the laboratory. Finally, we compare the experimental results with the modelling results.NANCY1-SCD Sciences & Techniques (545782101) / SudocSudocFranceF

Study of Two Constraints Impacting Measurements of Human Glycemia Using a Microwave Sensor

The measurement of glycemia is impacted by several constraints; those constraints have to be identified and quantified when designing an electromagnetic noninvasive sensor. The second phase concerns the level of the influence of these constraints. In this work, we investigated the impact of vein radius located in the forearm on a resonant microwave sensor to measure glycemia. We performed a numerical simulation using COMSOL Multiphysics of a proposed tissue model that was in contact with a microwave resonator. Some other factors affect the measurement, such as temperature, perfusion, sensor positioning and motion, tissue heterogeneity, and other biological activity. The sensor must be robust to the above-mentioned constraints. Because vein size changes from one person to another, the dielectric properties seen by the sensor will be different. This has been demonstrated by the change created in the resonance frequency of the simulated sensor for different vein sizes. The second constraint that was assessed is the dosimetry. The specific absorption rate (SAR) of any electromagnetic device should be evaluated and compared with SAR limits in the safety standards to ensure the safety of the user. Simulation results are in good agreement with SAR limits in the safety standards

Caractérisation par spectroscopie d'impédance de l'impédance complexe d'une pile à combustible en charge (evaluation de l'influence de l'humidité)

Ce travail de thèse traite de la caractérisation par Spectroscopie d'Impédance de l'impédance d'une pile à combustible en charge et plus particulièrement de l'évaluation de l'influence de l'humidité sur les performances de la pile. Après un état de l'art sur les différentes méthodes de caractérisation de l'impédance d'une pile et les différentes méthodes de mesure de l'humidité, la problématique est posée. Nous modélisons la pile Nexa de 47 cellules de type PEMFC, en intégrant des mesures expérimentales au niveau du modèle. Le modèle dynamique décrit en VHDL-AMS est un modèle au niveau macroscopique prenant en compte le côté électrique des différentes cellules constituant la pile. Ce modèle prend en compte la caractéristique des deux dernières cellules qui présentent un phénomène d'inondation remarqué lors des mesures expérimentales. Le système de purge de la Nexa est également pris en compte dans le code. L'étude expérimentale passe par la mise en place d'un banc de mesure pour la caractérisation de l'impédance de la pile Nexa par Spectroscopie d'Impédance, ainsi que la mesure de l'humidité en sortie de la pile. Les mesures d'impédances complexes corrélées à celles de l'humidité nous ont amenées à déterminer l'influence de l'humidité sur les performances de la pile. La concordance entre les résultats du modèle et ceux du banc de mesure, tant en DC que en AC, sont concluants. L'erreur constatée à l'issue de la comparaison entre les résultats théoriques et expérimentaux est inférieure à 1.5%.This thesis deals with the characterization of the impedance of an on load fuel cell by Electrochemical Impedance Spectroscopy method and particularly the assessment of the humidity influence on the fuel cell performances. After a state of the art on different methods to characterize the impedance of a fuel cell and different methods of measuring humidity, the problem is posed. We model the PEM Nexa stack which consists of 47 cells, integrating experimental measurements. The dynamic model described in VHDL-AMS is a model at the macroscopic level, taking into account the electrical side of individual cells constituting the fuel cell. This model takes into account the characteristics of the last two cells exhibiting the phenomenon of flooding seen in experimental measurements. The purge system of the Nexa is also reflected in the code. The experimental study involves the establishment of a Testbench for characterizing the impedance of the Nexa fuel cell by Impedance spectroscopy method, and measuring the humidity at the output of the stack. The complex impedance measurements correlated with those of humidity led us to determine the influence of humidity on the performance of the fuel cell. The correlation between the model results and those of the Testbench, both in DC than in AC, are conclusive. The error in between theoretical and experimental results is less than 1.5%.NANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocSudocFranceF

Simple and Efficient Compressed Sensing Encoder for Wireless Body Area Network

International audienceCompressed sensing (CS) is an emerging signal processing technique that enables sub-Nyquist measurement of signals having sparse representations in certain bases. Since most physiological signals treated within a wireless body area network (WBAN) are sparse, CS can be applied to WBANs to reduce the number of measurements and minimize the energy consumption of the sensor nodes. In this paper, we propose a simple and efficient CS encoder device used to measure signals within sensor nodes of a WBAN. A digital and an analog models of the proposed CS encoder are presented. As the CS encoder and decoder are tightly coupled, a model of the overall acquisition chain is required in the first stages of development and validation. To do this, we propose a virtual prototyping of the system with SystemC-AMS. A SPICE model and a hardware prototype of the proposed CS encoder are also presented. The simulation results of both models show that the proposed encoder was able to compressively measure an electrocardiogram (ECG) and an electroencephalogram signals with compression ratios of 6: 1 and 4: 1, respectively, which save 82.9% and 75% of the energy consumption of transceivers. The experiment results were consistent with those of the model and show that the hardware prototype was able to compressively measure an ECG signal with a compression ratio of 8: 1. Comparison with a random demodulator (RD) was carried out and shows that the proposed encoder outperformed RD in terms of compression ratio and reconstruction quality

Microspectromètrie d'impédance basses fréquences (application à la mesure de milieux biologiques)

Ce travail de thèse traite de la caractérisation par spectroscopie d'impédance d'échantillons biologiques de faibles dimensions. Après un état de l'art des moyens de détermination des paramètres caractéristiques de cellules ou agrégats de cellules isolées, nous décrivons une instrumentation destinée à la mesure d'impédance d'une cellule biologique en basses fréquences. Une chaine de mesure permettant la caractérisation par spectroscopie d'impédance d'un ovocyte de Xénope isolée dans la gamme 50 Hz - 5 MHz est présentée. Celle-ci est basée sur l'utilisation d'un impédancemètre et d'un dispositif de mesure utilisant deux électrodes en or coplanaires. La caractérisation du dispositif de mesure est complétée par une modélisation électrique par la méthode des éléments finis de la zone sensible de mesure. Une deuxième approche est ensuite proposée pour la caractérisation de faibles volumes de fluides biologiques. Celle-ci repose sur l'utilisation d'une matrice d'électrodes composée de 4 microbandes de platine coplanaires et d'un système électronique de conditionnement opérant entre 1 kHz et 100 kHz développé à cet effet. La configuration à 4 électrodes utilisée permet de s'affranchir des problèmes de polarisation aux interfaces métal-milieu. La zone de mesure est également modélisée par voie numérique (méthode des éléments finis) en vue d'établir notamment le facteur de cellule. Après validation de la chaine de mesure, des résultats de caractérisation expérimentale d'échantillons de 50 l de sang humain sont présentés et discutés.We present a low frequency approach to characterize small biological samples by using bioimpedance spectroscopy. The state of the art of existing approaches and technologies for the determination of electrical parameters of single cell or aggregate of cells is developed in the two first chapters. An electronic instrumentation allowing to characterize an isolated Xenopus ovocyte cell in the frequency range 50 Hz - 5MHz is presented in the third chapter. This consists of an impedancemeter and a biosensor based on two coplanar gold measurement electrodes. The theoretical validation of the chip uses an electrical modeling of the sensing area by finite elements method. A second approach is then proposed in the fourth chapter for the characterization of small biological fluidic samples. It uses a set of 4 coplanar platinium microband electrodes combined with an electronic conditioning circuit designed to operate in the 1 KHz - 100 kHz frequency range. As it is well known, the use of a tetrapolar configuration for the electrodes system prevents the influence of the polarization impedance at the metal-medium interfaces. The sensing area is also numerically modeled by finite elements method allowing to calculate the cell factor. This parameter was compared with its values deduced experimentally. The microspectrometer designed was thus experimentally validated. Both calibrations and results for the characterization of 50 l human blood samples are presented and discussed.NANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocSudocFranceF

Etude comparative fréquentielle de l'ablation intracardiaque (modélisation et caractérisation de sondes d'ablation cardiaque micro-ondes)

Cet ouvrage porte sur la comparaison des fréquences dans le domaine de l'ablation intracardiaque hautes fréquences. La première partie est consacrée au rappel des problèmes posés en ablation cardiaque et à l'approche théorique du calcul de puissance dissipée. Les méthodes de calculs développées par King et Casey sont utilisées pour résoudre le problème électromagnétique puis la méthode des différences finies est ensuite utilisée pour calculer la température dans le tissu et le dégât thermique. Les résultats obtenus ne montrent que peu de différences en terme de profondeur de pénétration entre chaque fréquence. Dans la deuxième partie, ces résultats sont confirmés par une étude pratique et, la conception et la réalisation d'antennes à 2.45 GHz est abordée. Ces antennes de géométrie très différentes destinées au traitement de la fibrillation auriculaire sont exposées et analysées afin d'en montrer les avantages et inconvénients.This study presents a comparison of frequency available for cardiac ablation in the high frequency domain. The first part of this thesis treats about problems met in cardiac ablation and about the theoretical approach of power deposition calculus. Methods based on King and Casey are used to solve the electromagnetic problem and the finite difference method is used to calculate tissue temperature and ablation depth. Results show almost no difference between frequency in term of penetration depth. In the second part, these results are confirmed with a practical approach and antennas working at 2.45 GHz are developed. These antennas destine to treat atrial fibrillation present different geometry and all of them are compared to determine design trade-off.NANCY1-SCD Sciences & Techniques (545782101) / SudocSudocFranceF

A four-electrode low frequency impedance spectroscopy measurement system using the AD5933 measurement chip

International audienceThis paper presents the design of a four electrode impedance measurement circuit dedicated to bioimpedance embedded applications. It extends the use of the AD5933 measurement chip to allow it to operate in a four electrode configuration in order to limit the effects of the parasitic impedances between the medium under test and the electrodes. The circuit has shown a good measurement accuracy on various test circuits. In association with a four microband electrode system it has been successfully used to characterize small physiological samples (50 mu l) with conductivities ranging from 0.14 to 1.2 S m(-1). It can be used as an alternative bioimpedance measurement approach for embedded applications operating in the four electrode configuration