FR2905762A1 - Systeme et procede de detection et d'analyse d'au moins une substance volatile dans des echantillons d'haleine d'un sujet - Google Patents
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Abstract
Ce système comporte une source (2) de rayonnement infrarouge adapté à la plage de longueurs d'onde de pics d'absorption spécifiques des substances à détecter et analyser, des surfaces réfléchissantes (4, 5) de ce rayonnement adaptées pour une collimation sur ces dernières, un détecteur (8, 9) fournissant des signaux électriques correspondant à la transmission du rayonnement à l'intérieur d'intervalles de longueurs d'onde correspondant auxdits pics d'absorption, une cellule de mesure (17) adaptée à la réception et au rejet de l'échantillon d'haleine, lequel est collecté à l'air libre et à proximité directe dudit sujet, et l'exposant audit rayonnement, une unité (12) de traitement de signaux électroniques apte à analyser ces signaux en rapport avec des informations préprogrammées concernant les spectres d'absorption dans l'infrarouge des substances concernées.Applications diverses, notamment pour la détermination du taux d'imprégnation alcoolique des personnes.
Description
1 La présente invention concerne la détection et l'analyse de substances à
l'intérieur d'échantillons d'haleine de sujets. Un champ d'application d'importance significative est la détermination d'une concentration en alcool chez des conducteurs de véhicule, mais le champ de l'invention couvre cependant la détection d'une substance volatile quelconque, pour diverse raison possible, dans des échantillons d'haleine. Technologiquement, on préfère utiliser la présente invention avec les substances volatiles présentant des propriétés d'absorption distinctives du rayonnement infrarouge, autorisant leur identification et quantification. Il est connu, de manière générale, que la constitution d'échantillons non dilués d'air expiré des poumons d'un sujet est étroitement liée à la constitution sanguine correspondante. Ceci est dû à la superficie extrêmement grande d'un tissu pulmonaire normal, comportant les alvéoles combinées à un réseau de vaisseaux sanguins capillaires, réalisant un échange gazeux efficace. Une mesure de concentrations en gaz en fin de respiration, à savoir, la valeur obtenue à la fois du cycle respiratoire, remplace ainsi un échantillonnage de sang artériel en physiologie clinique. Par ailleurs, un échantillon d'haleine est désormais accepté dans de nombreux pays en tant qu'un procédé de mise à disposition de preuve pour l'évaluation d'une concentration en alcool dans le sang chez des conducteurs de véhicule. La fiabilité, la vitesse et la facilité avec laquelle un échantillonnage d'haleine peut être accompli est, bien entendu, un point crucial. Par exemple, dans le cas de dispositifs de verrouillage par 2 2905762 détection d'alcool, le risque de sortie d'information erronée de l'analyse doit être réduit à un minimum absolu. Un grand volume d'échantillon est normalement requis afin d'obtenir une résolution élevée, en 5 opposition à l'exigence de réponse rapide, qui privilégie un petit volume d'échantillon. Seule une très petite fraction d'échantillons aboutira effectivement à une détection positive d'alcool, et des conducteurs sobres n'accepteront pas 10 une procédure d'essai embarrassante et nécessitant beaucoup de temps. Une autre difficulté est qu'un tel dispositif doit fonctionner avec une précision constante, également dans des conditions environnementales extrêmes. 15 Un échantillonnage d'haleine est habituellement effectué à l'aide d'un embout buccal pour garantir que l'échantillon ne soit pas dilué. Habituellement, l'embout buccal se compose d'une pièce de tube polymère munie d'ouvertures pour exposer le capteur à 20 l'échantillon d'haleine. Les embouts buccaux sont des articles jetables pour des raisons d'hygiène, et leur manipulation ainsi que leur coût limitent grandement l'élargissement de l'utilisation d'un équipement d'analyse d'haleine dans, par exemple, des systèmes de 25 verrouillage par détection d'alcool. Il a été récemment démontré que la mesure simultanée de dioxyde de carbone et d'une autre substance à laquelle on s'intéresse à proximité d'un sujet peut offrir une possibilité nouvelle d'évaluation 30 quantitative de la concentration sanguine de cette substance. Il a été démontré que le rapport des deux concentrations mesurées de manière externe multipliées par la concentration alvéolaire en dioxyde de carbone fournissait une approximation de la concentration réelle de la substance dans le sang. 3 2905762 La variabilité d'une concentration alvéolaire en 002 est limitée et prévisible dans une grande mesure, et peut donc être estimée avec une précision convenable. La nouvelle technique peut éliminer le 5 besoin d'un embout buccal, excepté lorsqu'une précision de mesure très élevée est requise. Il est en outre connu, de manière générale, que de nombreuses substances en phase gazeuse présentent des spectres d'absorption distinctifs dans la plage de 10 longueurs d'onde infrarouges entre approximativement 1 et 10 pm. En fait, la spectroscopie d'absorption est un outil essentiel pour déterminer la composition d'échantillons de gaz inconnus. Ceci est dû à des sauts quantiques entre des niveaux d'énergie de vibrations 15 moléculaires. Le dioxyde de carbone, par exemple, présente un pic d'absorption important à une longueur d'onde d'approximativement 4,26 pm, correspondant à un mode de vibration à étirement asymétrique, dans lequel l'atome de carbone central vibre en opposition aux deux 20 atomes d'oxygène le long de l'axe linéaire de la molécule. L'alcool éthylique présente des pics d'absorption distinctifs à 3,4 et 9,4 pm, correspondant également à des états vibratoires moléculaires. La vapeur d'eau, à 25 titre de comparaison, présente des pics d'absorption à 2,8 et 6,2 pm. Une détermination de vapeur d'eau correspond à la mesure d'une humidité absolue. Ceci permet un calcul de l'humidité relative si la température est connue. La mesure simultanée de 30 l'humidité dans des échantillons d'haleine peut présenter de l'intérêt, comme cela va être décrit plus loin. La spectroscopie d'absorption dans l'infrarouge peut impliquer une mesure de la transmission d'un 35 rayonnement infrarouge au travers de l'échantillon à 2905762 4 partir d'une source de rayonnement et d'un détecteur. Habituellement, un élément dispersif est également introduit dans le trajet de rayonnement, par lequel un rayonnement, au niveau de certains intervalles de 5 longueur d'onde uniquement, est transmis au détecteur. Un réseau de diffraction ou un filtre d'interférence pourrait servir en tant qu'un élément dispersif. En faisant varier l'angle d'incidence, il est possible de faire varier l'intervalle de longueur d'onde accepté. 10 Dans un spectromètre à balayage, l'intervalle de longueur d'onde est balayé de manière successive, autorisant l'analyse d'une certaine plage d'intervalles de longueur d'onde, et de ce fait, la détection de pics d'absorption multiples, correspondant à une ou 15 plusieurs substance. Lorsque certaines substances sont surveillées seules, il est fréquent d'utiliser des filtres d'interférence en tant qu'éléments dispersifs, avec des propriétés de transmission appariées aux pics d'absorption de ces substances. 20 Des filtres d'interférence compris dans l'état de la technique, dotés de propriétés excellentes, peuvent être produits à coût bas, et peuvent être intégrés à des détecteurs infrarouges, par exemple du type thermopile. 25 En spectroscopie photoacoustique, une source de rayonnement pulsé dotée d'un filtre s'appariant à certains pics d'absorption est utilisée. En présence d'une substance absorbante, des impulsions de chaleur synchrones avec les pulsations de rayonnement peuvent 30 être détectées par un microphone sensible. Cette solution est attrayante pour la détection de substances à concentration très basse en raison de caractéristiques de bruit favorables. En revanche, celle-ci est plus complexe et plus coûteuse, en 5 2905762 particulier lorsqu'une pluralité de substances sont impliquées. Des mesures de transmission sont avantageuses du point de vue de la fiabilité. Un spectromètre à 5 transmission peut comporter des fonctions d'auto surveillance, y compris de tous les éléments vulnérables. Il peut, par exemple, surveiller la sortie provenant de la source infrarouge, permettant de compenser les dérives à long terme qui s'ensuivent. 10 Un défit technologique, qui n'a pas été résolu dans les spectromètres infrarouges de l'état de la technique, consiste à combiner une résolution de mesure élevée avec une réponse rapide. Dans l'idéal, le système devrait répondre et récupérer aussi rapidement 15 que la perception humaine normale, à savoir, en quelques secondes. D'un autre côté, les demandes de résolution élevée pour des substances faiblement absorbantes supposent des trajets de transmission de rayonnement relativement longs, de l'ordre de plusieurs 20 dizaines de centimètres. Comme nous l'avons déjà signalé, ces exigences sont contradictoires. D'autres difficultés concernent les aspects légaux liés à la collecte et l'analyse d'échantillons d'haleine de sujets humains. Les exigences de fiabilité 25 et de traçabilité d'erreurs finales sont d'un niveau exceptionnellement élevé. D'éventuelles tentatives de manipulation du processus d'analyse devraient être détectées afin d'autoriser la mise en place de mesures adéquates. 30 Une difficulté liée spécifiquement à l'analyse d'échantillons d'haleine et à la mesure simultanée de CO2, est le fait que la concentration en CO2 dans des échantillons d'haleine se situe habituellement dans une plage de plusieurs pourcents, tandis que la 35 concentration en d'autres substances est habituellement 6 2905762 inférieure de plusieurs ordres de grandeur. Il est ainsi nécessaire de minimiser les sensibilités transverses, à savoir, les interdépendances entre les diverses déterminations, et la grande différence de 5 concentrations pose problème. Il peut être intéressant d'effectuer un échantillonnage d'haleine en extérieur, et dans des conditions environnementales extrêmes. Les spectromètres infrarouges de l'état de la 10 technique sont utilisés principalement dans des environnements de laboratoire. Un objectif de la présente invention consiste donc à minimiser les influences environnementales et à améliorer la durabilité face à des conditions extrêmes. 15 Un autre objectif de la présente invention est que le système devrait autoriser une mise en œuvre de volume de production élevée, et un coût de fabrication très bas. Du point de vue physique, il devrait pouvoir être utilisé en tant qu'une unité autonome portative, 20 ou en tant qu'un système embarqué, par exemple, dans un véhicule. La présente invention se rapporte directement aux problèmes indiqués ci-dessus et est orientée précisément vers l'analyse d'échantillons d'haleine 25 collectés à l'air libre, à proximité directe d'un sujet. L'un des objets de l'invention est un système destiné à la détection et l'analyse d'au moins une 30 substance volatile dans des échantillons d'haleine d'un sujet, dans lequel l'échantillon est collecté à l'air libre, à proximité directe dudit sujet. Ce système est caractérisé par le fait qu'il comporte : 2905762 7 - au moins une source d'un rayonnement infrarouge adapté à la plage de longueurs d'onde de pics d'absorption spécifiques desdites substances, - une pluralité de surfaces réfléchissantes 5 dudit rayonnement adaptées pour une collimation sur ces dernières, au moins un détecteur fournissant une pluralité de signaux de sortie électriques correspondant à la transmission dudit rayonnement à 10 l'intérieur d'intervalles de longueurs d'onde correspondant auxdits pics d'absorption, - au moins une cellule de mesure comportant une structure de support mécanique définissant la position de ladite source, des surfaces réfléchissantes et du 15 détecteur, adaptée à la réception et au rejet dudit échantillon d'haleine, et l'exposant audit rayonnement, - au moins une unité de traitement de signaux électroniques dotée d'une capacité à analyser lesdits signaux en rapport avec des informations préprogrammées 20 concernant des spectres d'absorption dans l'infrarouge desdites substances, - une réponse dudit système étant affichée ou autrement communiquée et perçue comme pratiquement instantanée. 25 Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles possibles, mais non limitatives, de ce système: 30 - le système est adapté à la détection et l'analyse de plusieurs substances volatiles ; - la réponse et la récupération y sont principalement déterminés par le temps de transit dudit échantillon d'haleine à travers ladite cellule de 35 mesure ; 2905762 8 - son temps de réponse et de récupération est inférieur à dix secondes ; - ladite cellule de mesure possède des ouvertures d'admission et de refoulement dont l'aire en coupe 5 transversale est suffisante pour maintenir un écoulement d'air laminaire, ou pratiquement laminaire, à l'intérieur de ladite cellule de mesure, des régions de gaz stagnants à l'intérieur de ladite cellule de mesure occupant moins de 10 du trajet de transmission 10 dudit rayonnement ; - ladite cellule de mesure a une structure tubulaire ; - le système comporte un moyen destiné au transport actif dudit échantillon d'haleine au travers 15 de ladite cellule de mesure, par une pompe ou un ventilateur ; - ladite source est un filament chauffé constituant fondamentalement un élément rayonnant de corps noir, adapté pour une période de modulation 20 considérablement plus courte que le temps de réaction visuelle de sujets ordinaires ; - la longueur de trajet dudit rayonnement est considérablement plus grande que les dimensions physiques de ladite cellule de mesure ; 25 - lesdites surfaces réfléchissantes sont au moins partiellement concaves, présentant un coefficient de réflexion dudit rayonnement dépassant 0,99, chaque surface coïncidant au niveau d'un point avec le centre d'un rayon de courbure d'une surface en opposition ; 30 - ledit rayonnement est au moins partiellement collimaté, et soumis à un certain nombre de réflexions, ce nombre étant supérieur à cinq ; - le système comporte au moins un élément dispersif ou absorbant comportant au moins un filtre 35 d'interférence ou un réseau de diffraction à résolution 2905762 9 élevée doté de propriétés fixes ou pouvant être commandé électroniquement ; - ledit détecteur est un élément thermopile ou pyroélectrique ; 5 - ladite unité de traitement de signaux électroniques comporte au moins un dispositif de mémoire destiné au stockage temporaire et permanent d'informations, et au moins un dispositif destiné à l'exécution d'une séquence préprogrammée d'opérations 10 logiques et arithmétiques ; - l'une desdites substances est du dioxyde de carbone, moyennant quoi la mesure de sa concentration à proximité directe dudit sujet est utilisée, en combinaison avec une valeur estimée d'une concentration 15 en dioxyde de carbone alvéolaire, afin de déterminer le degré de dilution dudit échantillon d'haleine ; - l'une desdites substances est de l'alcool éthylique ou un quelconque autre agent susceptible d'affecter le comportement dudit sujet ; 20 - le système comporte un moyen indicateur ou d'affichage orienté vers ledit sujet, apte à lui communiquer une instruction destinée à fournir un échantillon d'haleine par expiration forcée orientée vers ladite cellule de mesure ; 25 - ladite structure de support peut être transformée d'une condition opérationnelle active dans laquelle des ouvertures destinées à recevoir et rejeter ledit échantillon d'haleine sont prévues, en une condition passive, dans laquelle ladite source, la 30 surface réfléchissante, l'élément dispersif et le détecteur sont protégés d'une exposition à l'air ambiant ; - le système comporte un moyen électromécanique apte à assurer l'alternance entre lesdites conditions ; 2905762 10 - ladite alternance entre lesdites conditions est partiellement ou complètement automatique ; - le système comporte une enveloppe contenant substantiellement l'ensemble des éléments, formant de 5 ce fait une unité confinée et physiquement en une seule pièce, sous forme par exemple d'une unité portative, ou destinée à une installation fixe, par exemple dans un véhicule ; - le système comporte des moyens indiquant si 10 lesdites substances proviennent de l'appareil respiratoire supérieur ou de l'appareil respiratoire inférieur du sujet ; - ladite structure de support est assemblée à partir d'un petit nombre de pièces fabriquées par 15 moulage par injection ; - le système comporte au moins un capteur destiné à effectuer des mesures de température ou de vitesse d'écoulement de l'air à l'intérieur de ladite cellule de mesure ; 20 - le système comporte des moyens aptes à assurer une compensation d'interdépendances non souhaitées au moyen d'une boucle de rétroaction négative ou une incorporation dans un algorithme de calcul ; - le système comporte des moyens aptes à assurer 25 la surveillance en temps réel desdits signaux de sortie, comprenant l'analyse souffle par souffle de concentrations en substances ; - lesdits signaux déterminent, après traitement, une condition de verrouillage/déverrouillage de 30 démarrage ou de conduite d'un véhicule ou d'autres machines. Un autre objet de l'invention est un procédé destiné à la détection et l'analyse d'au moins une 35 substance volatile dans des échantillons d'haleine d'un 11 2905762 sujet, l'échantillon étant collecté à l'air libre, à proximité directe dudit sujet. Ce procédé est caractérisé par le fait qu'il 5 comprend les étapes consistant à : - positionner une cellule de mesure à l'intérieur du flux d'air expiratoire du sujet, autorisant la réception et le rejet dudit échantillon d'haleine, 10 exposer ledit échantillon d'haleine à l'intérieur de ladite cellule de mesure à un rayonnement infrarouge provenant d'au moins une source dans les limites d'au moins une plage de longueurs d'onde de pics d'absorption spécifiques desdites 15 substances, détecter ledit rayonnement après passage au travers dudit échantillon d'haleine et fournir de ce fait une pluralité de signaux de sortie correspondant à la transmission dudit rayonnement à l'intérieur 20 d'intervalles de longueurs d'onde correspondant auxdits pics d'absorption, - le passage au travers de l'échantillon étant allongé par une pluralité de surfaces réfléchissantes, - analyser lesdits signaux en prenant en 25 considération des informations préprogrammees concernant des coefficients d'absorption dans l'infrarouge desdites substances, - la réponse à la détection et l'analyse étant affichée ou autrement communiquée, et perçue comme 30 étant pratiquement instantanée. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles possibles, mais non limitatives, du procédé: 2905762 12 - il est destiné à la détection et l'analyse de plusieurs substances volatiles ; - on détermine une réponse et une récupération par le temps de transit dudit échantillon d'haleine à 5 travers ladite cellule de mesure ; - le temps de réponse et de récupération à la détection et l'analyse est inférieur à dix secondes ; -ladite analyse est réalisée avec des variations dans le temps desdits signaux de sortie ; 10 - le procédé comprend une étape consistant à ordonner audit sujet d'effectuer une expiration forcée vers ladite cellule de mesure ; - l'écoulement dudit échantillon d'haleine à travers ledit volume de mesure est laminaire, ou 15 pratiquement laminaire ; - on assiste activement le transport actif dudit échantillon d'haleine en le refoulant ou en l'aspirant à travers ladite cellule de mesure ; - on procède à une modulation de ladite source, 20 adaptée pour une période de modulation considérablement plus courte que le temps de réaction visuelle d'un sujet ordinaire ; - ladite longueur de trajet dudit rayonnement est considérablement plus grande que les dimensions 25 physiques de ladite structure de support ; - ledit rayonnement est au moins partiellement collimaté et soumis à un nombre de réflexions supérieur à cinq ; - l'une desdites substances est du dioxyde de 30 carbone, dont on utilise la mesure de concentration à proximité dudit sujet, en combinaison avec une valeur estimée d'une concentration en dioxyde de carbone alvéolaire, afin de déterminer le degré de dilution dudit échantillon d'haleine ; 2905762 13 - l'une desdites substances est de l'alcool éthylique ou un autre agent quelconque lié à la santé ou au comportement dudit sujet ; - on indique au sujet qu'il doit fournir ledit 5 échantillon d'haleine par une expiration forcée orientée vers ladite structure de support ; - le procédé met en œuvre des sensibilités transverses minimales entre les déterminations desdites substances. 10 Dans le système faisant l'objet de l'invention, la structure de support définit une cellule de mesure dans laquelle le rayonnement infrarouge est transmis, et qui autorise la collecte et le rejet de l'échantillon 15 d'haleine, avec un temps de transit minimum. Ce temps de transit détermine le temps de réponse et de récupération du système. Le premier est défini par le processus de détection et d'analyse, tandis que la récupération est associée à l'élimination de 20 l'échantillon d'haleine de la cellule de mesure. Le système est prêt à recevoir un autre échantillon d'haleine uniquement après que ces deux processus ont été achevés. Habituellement, l'état de disponibilité du 25 système est lié à des signaux d'entrée stables, et peut être communiqué à l'utilisateur ou au sujet à l'aide d'instructions incitant à délivrer un échantillon d'haleine. La cellule de mesure est adaptée pour être 30 positionnée dans le flux d'air expiratoire, à proximité directe du sujet. La réponse du système selon l'invention à la détection et l'analyse de substances est perçue comme étant fondamentalement instantanée, à savoir, en quelques secondes. La cellule de mesure a 35 une structure sensiblement tubulaire, dotée 2905762 14 d'ouvertures d'admission et de refoulement suffisamment larges pour ne pas entraver un flux gazeux en transit. Il est souhaitable que les éventuelles régions de gaz stagnants n'occupent pas plus de 10 % du trajet de 5 transmission de rayonnement. Le système peut également comporter un moyen destiné au transport actif d'un échantillon d'haleine de la proximité directe du sujet jusqu'à la structure de support. Le temps de transit pour que l'échantillon 10 d'haleine passe au travers de la cellule de mesure détermine le temps de réponse et de récupération irr du système. Une relation approchée pour son calcul est donnée par L 15 r, = K.v L est la longueur physique de la cellule de mesure, v est la vitesse d'écoulement de l'air de l'échantillon d'haleine, et K est le rapport entre les 20 vitesses d'écoulement interne et externe. Dans le cas idéal d'une structure tubulaire à parois minces, K serait proche de 1. De façon réaliste, K = 0,1 à 0,2 dans une conception habituelle du système. 25 Si on a L = 100 mm et v = 1 m/s, on obtient ainsi trr-= 0,5 à 1 s. L'exigence consistant à apparier le temps de réponse et de récupération du système au temps de réaction visuelle de sujets habituels pourrait ainsi 30 être considéré comme réaliste. Un autre facteur pouvant influencer le temps de réponse est la périodicité de modulation de la source de rayonnement. Cependant, même dans le cas d'un filament chauffé, une période de modulation (1) 2905762 15 considérablement plus courte que le temps de réaction visuelle de sujets normaux peut être utilisée. La relation entre une intensité de rayonnement d'entrée et de sortie, Ii et Io de la cellule de mesure 5 est donnée par l'expression suivante : Io I, .exp(-C.a2.e) (2) où 2 est la longueur du trajet de rayonnement, C 10 la concentration et aa,, le coefficient d'absorption de la substance au niveau d'une longueur d'onde ?. En mesurant Ii et Io et en utilisant des valeurs connues de cc?,, et 2, il est ainsi possible de déterminer la concentration C en une substance. La fiabilité d'une 15 telle détermination peut être considérablement améliorée par la détermination parallèle de plusieurs substances, dont certaines peuvent être complètement ou en partie connues, à la fois en termes d'identité et de concentration. Des échantillons d'haleine comportent 20 toujours de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone qui peuvent ainsi servir en tant que substances de référence. La longueur k du trajet de rayonnement est de préférence considérablement plus grande que les 25 dimensions physiques de la cellule de mesure. Ceci est accompli au moyen d'un agencement de surfaces réfléchissantes, ou miroirs. De préférence, les surfaces réfléchissantes sont au moins partiellement concaves, présentant un coefficient de réflexion 30 (défini en i_ant que le rapport entre les intensités réfléchies et incidentes) dépassant 0,95. En conséquence, le rayonnement sera, au moins partiellement, collimaté. L'élément dispersif peut être soit un réseau de 35 diffraction, soit un filtre d'interférence, ou une 2905762 16 combinaison de ceux-ci. Il peut également incorporer un matériau formant substrat ayant des propriétés d'absorption distinctives, par exemple, destinées à supprimer une diffraction ou une interférence d'ordre 5 élevé. En utilisant une technologie dite MEMS (micro electro mechanical Systems : microsystèmes électromécaniques) les propriétés de diffusion du rayonnement d'un réseau de diffraction à résolution élevée peuvent être commandées de manière électronique. 10 En utilisant un tel dispositif, les propriétés spectrales exactes peuvent être commandées de manière précise, autorisant également une commutation entre divers modes. Habituellement, un certain nombre d'éléments 15 formant détecteurs sont utilisés, de préférence, des éléments thermopiles ou pyroélectriques. La résolution d'un système optimisé selon l'invention est limitée par du bruit thermique fondamental à l'intérieur du détecteur, plutôt qu'une interférence environnementale. 20 En outre, l'unité de traitement de signaux électroniques comporte un dispositif de mémoire destiné au stockage temporaire et permanent d'informations, et un dispositif destiné à l'exécution d'une séquence préprogrammée d'opérations logiques et arithmétiques, 25 telles que l'exécution de l'algorithme (2) pour plusieurs substances. Ces opérations seront habituellement exécutées séquentiellement en utilisant des architectures informatiques classiques, mais n'ajouteront pas au temps de réponse du système de 30 manière significative. Dans le procédé selon l'invention, le point d'échantillonnage d'haleine peut être situé à proximité rapprochée de la région buccale/nasale du sujet, mais pas nécessairement en contact physique avec celle-ci. 35 De préférence, le procédé implique le positionnement 2905762 17 approprié de la cellule de mesure à plusieurs variables, autorisant l'écoulement de l'air expiré au travers et devant celle-ci. Ceci peut exiger ou non la coopération active du sujet. L'échantillon d'haleine 5 peut être quelque peu dilué à l'air ambiant lorsqu'il arrive au niveau du point de mesure. Les caractéristiques spécifiques d'air expiré, telles que des profils de variation dans le temps d'une vitesse d'écoulement, une température, une humidité et une 10 concentration en dioxyde de carbone sont analysées, fournissant une classification d'un certain événement en tant qu'échantillon approuvé ou non approuvé. L'échantillonnage d'haleine peut impliquer de donner pour instruction au sujet d'expirer contre une 15 zone de détection spécifiée. Chez un sujet coopératif, ceci résultera en une expiration forcée de 0,5 à 1,5 litres d'air expiré qui peut être échantillonné à une distance de 20 à 50 cm. Un échantillonnage passif d'un sujet non 20 coopératif est également possible mais exige une proximité plus rapprochée, habituellement 10 à 20 cm, en raison des vitesses d'écoulement et des volumes plus petits associés à une expiration détendue. La procédure d'échantillonnage décrite élimine le 25 besoin d'un embout buccal, qui est autrement obligatoire dans un équipement d'échantillonnage d'haleine. L'utilisation d'un échantillon dilué suppose une estimation adéquate de la concentration en dioxyde de carbone alvéolaire. Lorsqu'une précision élevée est 30 exigée, la procédure décrite peut être suivie d'une procédure employant un embout buccal, et éliminant de ce fait les variations dues à l'estimation. Les substances inconnues à déterminer pourraient être de l'alcool éthylique ou un quelconque autre agent 35 affectant la santé ou le comportement du sujet. Comme 2905762 18 nous l'avons déjà mentionné, une mesure d'une concentration en dioxyde de carbone et en vapeur d'eau est incluse de préférence en tant que référence. Le système peut également comporter unautre détecteur de 5 référence fonctionnant au niveau d'un intervalle de longueur d'onde infrarouge sans absorption de substance connue. L'inclusion d'un tel détecteur peut, par exemple, servir à détecter un affaiblissement de signaux temporaire ou permanent dû à un dépôt, sur les 10 surfaces réfléchissantes, de gouttelettes d'eau condensées ou de particules de poussière. Un intervalle de longueur d'onde qui convient pour un tel détecteur de référence serait de 3,9 pm, qui n'est pas affecté par la plupart des substances 15 auxquelles on s'intéresse. Le système selon l'invention comporte également un moyen formant indicateur ou d'affichage, ou un autre moyen de communication de signaux. Celui-ci peut être partiellement orienté vers le sujet pour qu'il 20 fournisse un échantillon d'haleine par expiration forcée vers la cellule de mesure. De préférence, la structure de support peut être transformée d'une condition opérationnelle active dans laquelle au moins une ouverture est prévue pour 25 recevoir un échantillon d'haleine vers une condition passive dans laquelle la source, la surface réfléchissante, l'élément dispersif et le détecteur sont protégés d'une exposition à l'air ambiant. Cette transformation est prévue de préférence par un moyen 30 électromécanique, grâce auquel une alternance entre les conditions est partiellement ou complètement automatique. Le système selon l'invention est conçu pour fonctionner sur une plage de températures étendue. Une 35 condensation de gouttelettes d'eau ou de la glace 2905762 19 provenant de l'échantillon d'échantillonnage sur des surfaces réfléchissantes peut être empêchée par chauffage de ces surfaces. Ceci peut être accompli par l'application d'un courant électrique au travers de la 5 surface réfléchissante qui peut également se comporter en tant qu'un film mince chauffant par résistance. Un fonctionnement au niveau de températures très élevées peut être limité par un bruit thermique des éléments formant détecteur. Le fait d'inclure de petits éléments 10 de Peltier pour un refroidissement thermoélectrique peut étendre le fonctionnement à cet égard. De préférence, le système comporte une enveloppe, logeant tous es éléments, formant de ce fait une unité confinée, physiquement en une seule pièce. La structure 15 de support pourrait être une partie formée en une seule pièce avec l'enveloppe. Le système présente une sensibilité transverse minimale entre les déterminations des substances. On y parvient par l'optimisation de la conception du système, en 20 incorporant des éléments tels qu'une adaptation des longueurs de trajet de rayonnement à la plage de concentrations attendue. La répartition angulaire du rayonnement est également très importante, car elle aura une influence sur les propriétés de dispersion. 25 D'autres facteurs importants sont la largeur spectrale de l'élément dispersif et sa suppression d'un rayonnement hors de la fenêtre de transmission. Avantageusement, le système est capable de déterminer si une certaine substance provient de 30 l'appareil respiratoire supérieur ou inférieur. Chez un sujet humain adulte normal, les voies aériennes supérieures ont un volume d'approximativement 150 ml, correspondant à approximativement 30 % du volume respiratoire, à savoir, le volume total expiré. 2905762 20 Lors d'une expiration forcée et prolongée, la contribution des voies aériennes supérieures sera approximativement inchangée sur une échelle absolue. L'air expiré provenant de l'appareil inférieur présente 5 des concentrations à la fois en 002 et en humidité élevées, tandis que l'air venant des voies aériennes supérieures est normalement humidifié mais sans élévation du 002. Avantageusement, une possibilité de 10 surdétermination est prévue, autorisant le système à s'autotester en rapport avec des mécanismes d'erreurs fréquents, ou par une manipulation délibérée. Avantageusement, la structure de support est assemblée à partir d'un petit nombre de parties 15 fabriquées par moulage par injection de polymère. Un aspect de la présente invention met à disposition un système destiné à la détection d'au moins une substance volatile dans des échantillons d'haleine, le système comprenant : une ou plusieurs 20 surfaces définissant un trajet d'écoulement le long duquel une haleine exhalée d'un sujet peut s'écouler ; une source de rayonnement, la ou les surfaces étant sensiblement réfléchissantes à au moins une partie du rayonnement émis par la source de rayonnement, la 25 source de rayonnement étant configurée de telle manière qu'au moins une partie du rayonnement émis se propage de ce fait le long du trajet d'écoulement et subisse de multiples réflexions de la au moins une surface ; et au moins un détecteur positionné afin de recevoir un 30 rayonnement émis par la source de rayonnement après de multiples réflexions de celui-ci par les surfaces, et afin d'effectuer une analyse concernant des portions du rayonnement qui ont été absorbées depuis l'émission par la source de rayonnement. 2905762 21 Avantageusement, le trajet d'écoulement a une coupe transversale relativement grande pour autoriser un écoulement sensiblement laminaire d'une haleine exhalée au travers de celui-ci, de telle manière que 5 des régions de gaz stagnants à l'intérieur dudit trajet d'écoulement comprennent moins de 10 % du trajet de transmission du rayonnement qui se propage le long du trajet d'écoulement. De préférence, le système comprend : un premier 10 détecteur, adapté afin de recevoir un rayonnement émis par la source de rayonnement après une propagation sur une première distance le long du trajet d'écoulement, et afin d'effectuer une analyse concernant des portions du rayonnement qui ont été absorbées depuis une 15 émission par la source de rayonnement par du CO2 ou de la vapeur d'eau ; et un second détecteur adapté afin de recevoir un rayonnement émis par la source de rayonnement après propagation sur une seconde distance le long du trajet d'écoulement, et afin d'effectuer une 20 analyse concernant des portions du rayonnement qui ont été absorbées depuis une émission par la source de rayonnement par au moins une substance volatile. De manière pratique, la seconde distance est plus grande que la première distance. 25 Un mode de réalisation possible du système de l'invention va maintenant être décrit, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : La figure 1 est un schéma de principe simplifié du 30 système. La figure 2 est un schéma représentant des propriétés spectrales infrarouges habituelles et pertinentes de certains des matériaux constitutifs du système. 2905762 22 La figure 3 est un diagramme représentant des signaux caractéristiques survenant au cours d'une procédure d'échantillonnage et d'analyse d'haleine. 5 Un mode de réalisation du système selon l'invention est représenté de manière simplifiée sur la figure 1. Tous les éléments du système sont confinés dans une enveloppe physique 1, dont la taille est 10 relativement modeste, en pratique moins de 100 x 50 x 40 mm par exemple, en raison de la miniaturisation et la petite taille de la plupart des éléments qui sont inclus. L'enveloppe pourrait être adaptée et conçue pour une utilisation mobile, par exemple, en tant 15 qu'une unité portative, ou une installation fixe, par exemple, dans un véhicule. Une structure de support mécanique 6, 7 définit une cellule de mesure 17 et est prévue avec des surfaces 4, 5 d'un pouvoir réfléchissant à l'infrarouge 20 élevé, par exemple, en ce qu'elles sont plaquées d'un film d'or mince, présentant un coefficient de réflexion au rayonnement infrarouge de 0,95 ou plus. La structure de support 6, 7 est utilisée pour un positionnement de précision d'une source de rayonnement 2, un réflecteur 25 concave 3, des éléments dispersifs, par exemple, des filtres d'interférence, 13, 14, des détecteurs 8, 9, par exemple, des éléments thermopiles ou pyroélectriques. L'agencement optique de la cellule de mesure 17, 30 comportant la structure de support 6, 7, autorise de multiples réflexions entre les surfaces 4, 5, comme indiqué par les lignes pointillées représentées en zigzag. Le miroir concave 3 fournit un faisceau à rayonnement collimaté issu de la source 2. Un premier 35 détecteur 8 comportant un premier filtre d'interférence 2905762 23 13 adapté peur la détection de 002 ou de vapeur d'eau est positionné afin de recevoir un rayonnement après un trajet relativement court, à titre indicatif, de l'ordre de 10 cm. Un second détecteur 9 comportant un 5 second filtre d'interférence 14 adapté pour la détection d'alcool éthylique est positionné afin de recevoir un rayonnement après un trajet relativement long, à titre indicatif, de l'ordre de 15 à 50 cm. Les longueurs de trajet sont adaptées à la plage de 10 concentrations attendues d'échantillons d'haleine habituels, et aux coefficients d'absorption des substances respectives. En utilisant dix réflexions ou plus, il est possible de confiner un trajet de rayonnement à l'intérieur d'une structure de support 15 ayant une taille physique d'un ordre de grandeur plus petit. Une mise en oeuvre préférée consiste à utiliser des surfaces réfléchissantes concaves en opposition entre elles, chaque surface coïncidant au niveau d'un point 20 avec le centre d'un rayon de courbure de la surface en opposition. L'enveloppe 1 et la cellule de mesure 17 ont habituellement une forme tubulaire, dotée d'ouvertures d'admission et de refoulement (respectivement à gauche 25 et à droite sur la figure 1) ayant des aires en coupe transversale suffisamment grandes pour maintenir un écoulement laminaire à l'intérieur de la cellule de mesure 17. Des retraits, tels que celui prévu par la source 2 et le miroir 3, peuvent agir en tant que 30 régions de gaz stagnants, ayant un effet négatif sur le temps de transit d'écoulement, et en conséquence, sur le temps de réponse et de récupération du système. Elle devrait être minimisée, et ne devrait pas occuper plus de 10 du trajet de transmission de rayonnement. 2905762 24 L'échantillon d'haleine est collecté en autorisant son écoulement au travers de la structure de support 6, 7, comme représenté par les flèches sur la gauche de la figure 1. Une pompe 16 peut fournir une augmentation 5 active du flux d'air afin de minimiser finalement une réponse retardée pouvant être attribuée au transport de l'air. Dans sa condition de fonctionnement, la structure de support 6, 7 comporte des ouvertures relativement grandes, à la fois sur la gauche et sur la 10 droite de la région dans laquelle l'exposition de rayonnement survient. Ceci est nécessaire afin d'obtenir une résistance d'écoulement minimale de l'air. D'un autre côté, ceci peut également autoriser l'entrée de particules de poussière et d'autres 15 contaminants dans la structure de support. Une telle contamination détériorerait les performances du système. Donc, la structure de support 6, 7 est prévue avec des capots 10, 11 qui sont utilisés pour l'ouverture et la fermeture, empêchant ainsi l'entrée 20 de quelconques contaminants à tout moment sauf au cours d'un échantillonnage. Les capots 10, 11 agissent ainsi en tant que moyens alternatifs de transformation de la structure de support entre les conditions active et passive. De préférence, les capots 10, 11 sont mis en 25 fonctionnement de manière partiellement ou complètement automatique, grâce à un moyen électromécanique. Une unité de traitement de signaux électroniques 12 est également prévue. Les signaux en provenance des détecteurs thermopiles ou pyroélectriques 8, 9 sont 30 habituellement de l'ordre de 10 à 100 pV, et l'affaiblissement de transmission dû à l'absorption de substances peut être une fraction très petite de ce signal. Il est donc nécessaire de minimiser un bruit électronique et une interférence afin d'obtenir une 35 résolution de signal adéquate. Une technique préférée 25 2905762 consiste à moduler la source de rayonnement et à utiliser un amplificateur synchrone avec un facteur d'amplification élevé, habituellement de 100 000, ou plus. 5 Une modulation de sources infrarouges est, au fond, limitée par les constantes de temps thermiques de ces sources. Des lasers et des sources à diode peuvent être modulés au niveau de fréquences élevées, mais la disponibilité de telles sources est rare dans la plage 10 de longueurs d'onde de 3 à 10 um dans laquelle la
plupart des pics d'absorption auxquels on s'intéresse sont situés. Des éléments rayonnant de corps noir peuvent être modulés à 10 Hz, ce qui est adéquat en termes de temps de réponse du système. Le temps de 15 réponse du système devrait de préférence être de l'ordre du temps de réaction d'un sujet habituel à des stimuli visuels, à savoir, une fraction d'une seconde, car il/elle percevra alors la réponse comme étant fondamentalement instantanée. Une modulation dans la 20 plage de 10 Hz est également adéquate du point de vue d'un bruit en 1/f, qui devient prédominant dans de nombreux détecteurs et amplificateurs au niveau de fréquences inférieures. Un traitement de signaux comporte en outre une 25 configuration analogique/numérique et l'incorporation des signaux dans un environnement à microprocesseur, autorisant des opérations arithmétiques et logiques séquentielles de complexité élevée, sur la base d'un programme stocké dans la mémoire permanente du 30 dispositif. Une séquence d'opérations suivra, dans laquelle les signaux en provenance des détecteurs 8, 9 sont comparés à des données de référence stockées dans des cellules de mémoire soit permanentes soit temporaires. L'unité électronique 12 peut comporter 35 plusieurs circuits intégrés standard sur une carte de 26 2905762 circuit imprimé, ou peut être totalement intégrée sur une puce de silicium, telle qu'un circuit intégré à application spécifique (CIAS). Un indicateur ou un afficheur 15 est également 5 prévu afin de communiquer des ordres ou des résultats de mesure à l'utilisateur. Un ordre pourrait donner pour instruction au sujet d'effectuer une expiration forcée dans la direction de la structure de support 6, 7, autorisant ainsi l'échantillonnage d'haleine réel.
10 Le système comporte habituellement également un capteur de température 18, mesurant la température dominante à l'intérieur de la cellule de mesure. De préférence, il a une petite masse thermique afin de minimiser un temps de réponse, et peut être du type 15 résistance ou un thermocouple. Celui-ci est raccordé à l'unité électronique 12, qui pourvoit au formatage adéquat du signal. Le capteur 18 peut également comporter une possibilité de chauffage autonome, permettant d'effectuer des mesures de vitesse 20 d'écoulement de l'air, en utilisant le principe de l'anémométrie à filament chaud. Une mesure d'une vitesse d'écoulement de l'air peut être utilisée pour compenser une dépendance d'écoulement non souhaitée de la source 3. Une telle compensation peut impliquer une 25 boucle de rétroaction négative, ou une solution ouverte, dans laquelle une compensation est fournie dans l'algorithme de calcul. Le système est de préférence conçu pour un fonctionnement redondant, à savoir, les variables 30 cruciales sont déterminées par plus d'une opération unique, minimisant de ce fait le risque d'erreur. Par exemple, une source d'erreur majeure concerne la source de rayonnement et son éventuelle variabilité en termes d'intensité de sortie et de répartition spectrale. En 35 utilisant un ou plusieurs détecteurs supplémentaires 27 2905762 accordés sur des longueurs d'onde spécifiques, il est possible de détecter une telle variabilité dès qu'elle survient, et délivrer un signal d'avertissement. De façon correspondante, il est possible de se prémunir 5 contre un quelconque autre type d'erreurs qui peuvent survenir, soit de façon accidentelle, soit par manipulation délibérée. A partir de la figure 1 et de la description fonctionnelle ci-dessus, on devrait conclure que le 10 système selon l'invention est construit à partir d'un nombre limité d'éléments, en utilisant des techniques d'assemblage non critiques. Les matériaux utilisés sont soit peu coûteux, soit utilisés en quantité si petite que le coût du matériau devient petit.
15 La figure 2 représente un schéma des performances habituelles de divers composants du système en rapport avec des plages de longueurs d'onde infrarouges. La courbe 20 correspond à la radiance d'une source de corps noir habituelle, fonctionnant à une température 20 d'approximativement 600 C. Une source de ce type fonctionne ainsi en tant qu'une source large bande sur une plage relativement grande. L'utilisation de plusieurs sources fonctionnant à des températures différentes autorise davantage de développement de 25 cette plage. La courbe 21 correspond au pouvoir réfléchissant de l'or poli en tant qu'une fonction d'une longueur d'onde, présentant un coefficient de réflexion d'approximativement 0,99. L'erreur correspondante pour 30 l'aluminium est de 0,98. Il s'ensuit qu'un coefficient de réflexion de l'ordre de 0,95, ou plus, peut être atteint avec ces deux matériaux. Cinq réflexions ou plus semblent ainsi réalistes, sans affaiblissement significatif d'une grandeur de signaux.
2905762 28 Les courbes 22, 23 et 24 correspondent à la transmission de filtres d'interférence habituels accordés sur les pics d'absorption de l'alcool, du 002 et de l'eau, respectivement, à 3,4 et 4,26 et 2,8 pm.
5 Des largeurs habituelles des pics de transmission sont de 50 à 200 nm. Selon l'état actuel de la technique, des filtres d'interférence peuvent être conçus de manière très précise, et avec une reproductibilité très élevée. On y parvient en adaptant le nombre de couches 10 d'un filtre d'interférence, et la tolérance de leurs épaisseurs. La sensibilité transverse entre différentes substances dépend de manière prépondérante des paramètres de conception réels de ces filtres. Celle-ci peut également être influencée par l'ajout de 15 matériaux, par exemple, un matériau formant substrat pour les filtres d'interférence, avec des discontinuités d'absorption marquées, comme représenté par la courbe 25. Un filtre passe-haut avec une discontinuité marquée peut être composé d'un semi- 20 conducteur avec une bande interdite d'énergie bien définie. La discontinuité passe-bas peut dépendre de vibrations moléculaires quantifiées. La figure 3 représente de manière simplifiée les variations dans le temps d'un certain nombre d'entités 25 associées à un échantillon d'haleine d'un sujet, collecté à proximité directe. Les variables sont : a) une vitesse d'écoulement, b) une température, c) une humidité relative, d) une concentration en 002r et e) la sortie attendue d'une substance X présente dans le 30 sang du sujet. La vitesse d'écoulement (figure 3a) aura un niveau de base proche de zéro en l'absence d'un mécanisme actif à pompe. Au niveau d'un temps = 1 seconde, le sujet fournit une expiration forcée, d'une durée 35 approximative de 1,5 secondes. La vitesse de l'air 2905762 29 s'élève rapidement à plus de un ou plusieurs m/s, puis baisse. Une expiration détendue serait d'une durée quelque peu plus courte, et d'une grandeur plus petite. Chaque haleine individuelle est aisément distinguée au 5 niveau d'une distance de mesure de 10 à 50 cm, car un flux d'air inspiré n'affectera pas l'enregistrement. La grandeur du signal baisse avec la distance, et dépend également de la taille de "l'orifice". Simultanément au début de la prise de vitesse d'un 10 écoulement, la température s'élèvera depuis le niveau de base (tampon de la pièce : 23 C sur la figure 3b) jusqu'à un niveau plus proche de la température corporelle. Celle-ci n'atteindra pas la température corporelle, cependant, en raison de la dilution de 15 l'échantillon. Par ailleurs, on s'attend à ce que la course vers le bas de l'enregistrement de température soit moins prononcée que l'enregistrement de la vitesse, s'il n'y a pas de mécanisme actif pour un transport de l'air.
20 De manière similaire, une humidité relative (RH) s'élèvera depuis le niveau ambiant (35 % sur la figure 3c) jusqu'à un niveau dépendant également de la dilution. La membrane muqueuse des voies aériennes constitue normalement un humidificateur efficace, 25 résultant en un taux de presque 100 % d'humidité relative (RH) d'air expiré non dilué. On s'attend à ce que les rythmes des enregistrements de la température et de l'humidité soit presque égaux. La courbe de CO2 démarrera d'un niveau de base 30 presque nul, ou de 0,04 à 0,1 en fonction de la ventilation ambiante, 1 000 ppm (0,1 %) étant accepté en tant que le maximum supérieur hygiénique. L'air alvéolaire a une valeur remarquablement constante de 5,3 % chez un sujet normal au repos, et présente une 35 variation modeste en fonction du niveau d'activité, de 30 2905762 l'âge, du sexe, etc. La mesure de la concentration absolue en CO2, à savoir, la valeur de palier observée sur la figure 3d), de l'échantillon est ainsi un procédé préféré de détermination de la dilution. Le 5 début de la courbe de CO2 est quelque peu retardé en comparaison des autres courbes, en raison du fait que les voies aériennes supérieures représentent un volume mort respiratoire d'approximativement 150 ml, ou 30 % du volume respiratoire normal (le volume d'un souffle 10 détendu) chez un sujet adulte au repos. Le signal représentant une substance X est représenté sur la figure 3e). Cet enregistrement a un rythme égal à l'enregistrement de CO2r tous deux ayant une origine alvéolaire. Pour qu'un échantillon 15 d'haleine représente de l'air alvéolaire, il est nécessaire que les formes d'onde de CO2 et de l'échantillon présentent un palier clair. Un souffle superficiel ou incomplet ne sera pas représentatif de concentrations alvéolaires ou dans le sang.
20 Grâce à la description concernant la figure 3, il devrait être clair qu'il existe un certain nombre de conditions préalables à l'identification d'une haleine d'un sujet. Ces critères peuvent être utilisés afin de s'assurer que les conditions de la détermination sont 25 adéquates. I:l peut également y avoir des outils destinés à éviter une manipulation. Grâce à la description concernant la figure 3, il est également évident que les propriétés dynamiques du processus de détection et d'analyse sont primordiales 30 dans la présente invention. L'exigence de résolution temporelle du processus entier est constamment déterminée par la vitesse de la perception humaine, comme indiqué plus tôt. L'exigence de détection seule est principalement déterminée par la cinétique 35 respiratoire. Comme souligné sur la figure 3, une 31 2905762 résolution temporelle de fractions d'une seconde est exigée. On comprend, à la lecture de la description qui précède, que les procédé et système peuvent être utiles 5 pour une surveillance en temps réel, plutôt que pour l'analyse d'échantillons d'haleine individuels. L'invention permet une surveillance souffle par souffle, et offre de ce fait la possibilité d'étudier un certain nombre de processus physiologiques de façon 10 plus détaillée. Il peut par exemple être intéressant d'étudier les variations dans le temps de certaines concentrations en substances, y compris celle de l'alcool. Bien que le système soit conçu pour fonctionner 15 sans embout buccal, il est néanmoins possible de prévoir la possibilité d'y adjoindre en option un embout buccal, la structure de support étant dans ce cas conformée pour la fixation amovible d'un tel embout.
20 Cette disposition peut être utile notamment lorsqu'on veut compléter une opération de détection et d'analyse normale, à l'air libre et à distance du sujet, par une autre opération via un embout buccal, susceptible d'être plus précise, en particulier en cas 25 de doutes sur les résultats de la première opération, afin de la confirmer ou de l'infirmer. Comme souligné ci-dessus, le procédé et le système selon l'invention peuvent être utilement utilisés, dans 30 une application donnée, de telle façon que les signaux de sortie traités déterminent une condition de verrouillage/déverrouillage du démarrage ou de la conduite d'un véhicule, ou d'autres machines. 35
Claims (47)
1. Système destiné à la détection et l'analyse d'au moins une substance volatile dans des échantillons d'haleine d'un sujet, dans lequel l'échantillon est collecté à l'air libre, à proximité directe dudit sujet, caractérisé par le fait qu'il comporte : - au moins une source (2) d'un rayonnement infrarouge adapté à la plage de longueurs d'onde de pics d'absorption spécifiques desdites substances, - une pluralité de surfaces réfléchissantes (4, 5) dudit rayonnement adaptées pour une collimation sur ces dernières, au moins un détecteur (8, 9) fournissant une pluralité de signaux de sortie électriques correspondant à la transmission dudit rayonnement à l'intérieur d'intervalles de longueurs d'onde correspondant auxdits pics d'absorption - au moins une cellule de mesure (17) comportant une structure de support mécanique (6, 7) définissant la position de ladite source (2), des surfaces réfléchissantes (4, 5) et du détecteur (8, 9), adaptée à la réception et au rejet dudit échantillon d'haleine, et l'exposant audit rayonnement au moins une unité (12) de traitement de signaux électroniques dotée d'une capacité à analyser lesdits signaux en rapport avec des informations préprogrammées concernant des spectres d'absorption dans l'infrarouge desdites substances - une réponse dudit système étant affichée ou autrement communiquée et perçue comme pratiquement instantanée. 33 2905762
2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est adapté à la détection et l'analyse de plusieurs substances volatiles. 5
3. Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la réponse et la récupération y sont principalement déterminés par le temps de transit dudit échantillon d'haleine à travers ladite cellule de mesure (17). 10
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que son temps de réponse et de récupération est inférieur à dix secondes. 15
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite cellule de mesure (17) possède des ouvertures d'admission et de refoulement dont l'aire en coupe 20 transversale est suffisante pour maintenir un écoulement d'air laminaire, ou pratiquement laminaire, à l'intérieur de ladite cellule de mesure, des régions de gaz stagnants à l'intérieur de ladite cellule de mesure occupant moins de 10 du trajet de transmission 25 dudit rayonnement.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite cellule de mesure (17) a une structure tubulaire. 30
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen destiné au transport actif dudit échantillon d'haleine au travers de ladite cellule de mesure, par une pompe ou un ventilateur (16). 34 2905762
8. Système l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite source (2) est un filament chauffé constituant fondamentalement un 5 élément rayonnant de corps noir, adapté pour une période de modulation considérablement plus courte que le temps de réaction visuelle de sujets ordinaires.
9. Système selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la longueur de trajet dudit rayonnement est considérablement plus grande que les dimensions physiques de ladite cellule de mesure. 15
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites surfaces réfléchissantes (4, 5) sont au moins partiellement concaves, présentant un coefficient de réflexion dudit rayonnement dépassant 0,99, chaque 20 surface coïncidant au niveau d'un point avec le centre d'un rayon de courbure d'une surface en opposition.
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit 25 rayonnement est au moins partiellement collimaté, et soumis à un certain nombre de réflexions, ce nombre étant supérieur à cinq.
12. Système selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément dispersif ou absorbant (13, 14) comportant au moins un filtre d'interférence ou un réseau de diffraction à résolution élevée doté de propriétés fixes ou pouvant être commandé 35 électroniquement. 35 2905762
13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit détecteur (8, 9) est un élément thermopile ou 5 pyroélectrique.
14. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ladite unité de traitement de signaux électroniques (12) 10 comporte au moins un dispositif de mémoire destiné au stockage temporaire et permanent d'informations, et au moins un dispositif destiné à l'exécution d'une séquence préprogrammée d'opérations logiques et arithmétiques. 15
15. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'une desdites substances est du dioxyde de carbone, moyennant quoi la mesure de sa concentration à 20 proximité directe dudit sujet est utilisée, en combinaison avec une valeur estimée d'une concentration en dioxyde de carbone alvéolaire, afin de déterminer le degré de dilution dudit échantillon d'haleine. 25
16. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'une desdites substances est de l'alcool éthylique ou un quelconque autre agent susceptible d'affecter le comportement dudit sujet. 30
17. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen indicateur ou d'affichage (15) orienté vers ledit sujet, apte à lui communiquer une instruction 35 destinée à fournir un échantillon d'haleine par 36 2905762 expiration forcée orientée vers ladite cellule de mesure.
18. Système selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 17, caractérisé en ce que ladite structure de support (6, 7) peut être transformée d'une condition opérationnelle active dans laquelle des ouvertures destinées à recevoir et rejeter ledit échantillon d'haleine sont prévues, en une condition 10 passive, dans laquelle ladite source (2), la surface réfléchissante (4, 5), l'élément dispersif (13, 14) et le détecteur (8, 9) sont protégés d'une exposition à l'air ambiant. 15
19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen électromécanique apte à assurer l'alternance entre lesdites conditions. 20
20. Système selon la revendication 18 ou la revendication 19, caractérisé en ce que ladite alternance entre lesdites conditions est partiellement ou complètement automatique. 25
21. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe (1) contenant substantiellement l'ensemble des éléments, formant de ce fait une unité confinée et physiquement en une seule pièce, sous forme 30 par exemple d'une unité portative, ou destinée à une installation fixe, par exemple dans un véhicule.
22. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé par le fait qu'il 35 comporte des moyens indiquant si lesdites substances 37 2905762 proviennent de l'appareil respiratoire supérieur ou de l'appareil respiratoire inférieur du sujet.
23. Système selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 22, caractérisé par le fait ladite structure de support (6, 7) est assemblée à partir d'un petit nombre de pièces fabriquées par moulage par injection. 10
24. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un capteur (18) destiné à effectuer des mesures de température ou de vitesse d'écoulement de l'air à l'intérieur de ladite cellule de mesure. 15
25. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens aptes à assurer une compensation d'interdépendances non souhaitées au moyen d'une boucle 20 de rétroaction négative ou une incorporation dans un algorithme de calcul.
26. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, caractérisé par le fait qu'il 25 comporte des moyens aptes à assurer la surveillance en temps réel desdits signaux de sortie, comprenant l'analyse souffle par souffle de concentrations en substances. 30
27. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, caractérisé par le fait que lesdits signaux déterminent, après traitement, une condition de verrouillage/déverrouillage de démarrage ou de conduite d'un véhicule ou d'autres machines. 35 38 2905762
28. Procédé destiné à la détection et l'analyse d'au moins une substance volatile dans des échantillons d'haleine d'un sujet, l'échantillon étant collecté à l'air libre, à proximité directe dudit sujet, 5 caractérisé par les étapes consistant à : positionner une cellule de mesure (17) à l'intérieur du flux d'air expiratoire du sujet, autorisant la réception et le rejet dudit échantillon d'haleine, 10 exposer ledit échantillon d'haleine à l'intérieur de ladite cellule de mesure (17) à un rayonnement infrarouge provenant d'au moins une source (2) dans les limites d'au moins une plage de longueurs d'onde de pics d'absorption spécifiques desdites 15 substances, - détecter ledit rayonnement après passage au travers dudit échantillon d'haleine et fournir de ce fait une pluralité de signaux de sortie correspondant à la transmission dudit rayonnement à l'intérieur 20 d'intervalles de longueurs d'onde correspondant auxdits pics d'absorption, - le passage au travers de l'échantillon étant allongé par une pluralité de surfaces réfléchissantes (4, 5), 25 analyser lesdits signaux en prenant en considération des informations préprogrammées concernant des coefficients d'absorption dans l'infrarouge desdites substances, la réponse à la détection et l'analyse étant 30 affichée ou autrement communiquée, et perçue comme étant pratiquement instantanée.
29. Procédé selon la revendication 28 destiné à la détection et l'analyse de plusieurs substances 35 volatiles. 39 2905762
30. Procédé selon la revendication 28 ou la revendication. 29, caractérisé en ce qu'on détermine une réponse et une récupération par le temps de transit 5 dudit échantillon d'haleine à travers ladite cellule de mesure (17).
31. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 30, caractérisé en ce que le temps 10 de réponse et de récupération à la détection et l'analyse est inférieur à dix secondes.
32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 31, caractérisé en ce que ladite 15 analyse est réalisée avec des variations dans le temps desdits signaux de sortie.
33. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 32, caractérisé en ce qu'il 20 comprend une étape consistant à ordonner audit sujet d'effectuer une expiration forcée vers ladite cellule de mesure.
34. Procédé selon l'une quelconque des 25 revendications 28 à 33, caractérisé en ce que l'écoulement dudit échantillon d'haleine à travers ledit volume de mesure est laminaire, ou pratiquement laminaire. 30
35. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 34, caractérisé en ce qu'on assiste activement le transport actif dudit échantillon d'haleine en le refoulant ou en l'aspirant à travers ladite cellule de mesure. 35 2905762
36. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 35, caractérisé en ce qu'on procède à une modulation de ladite source, adaptée pour une période de modulation considérablement plus courte que 5 le temps de réaction visuelle d'un sujet ordinaire.
37. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 36, caractérisé en ce que ladite longueur de trajet dudit rayonnement est 10 considérablement plus grande que les dimensions physiques de ladite structure de support.
38. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 37, caractérisé en ce que ledit 15 rayonnement est au moins partiellement collimaté et soumis à un nombre de réflexions supérieur à cinq.
39. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 38, caractérisé en ce que l'une 20 desdites substances est du dioxyde de carbone, dont on utilise la mesure de concentration à proximité dudit sujet, en combinaison avec une valeur estimée d'une concentration en dioxyde de carbone alvéolaire, afin de déterminer le degré de dilution dudit échantillon 25 d'haleine.
40. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 39, caractérisé en ce que l'une desdites substances est de l'alcool éthylique ou un 30 autre agent quelconque lié à la santé ou au comportement dudit sujet.
41. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 40, caractérisé en ce qu'on indique 35 au sujet qu'il doit fournir ledit échantillon d'haleine 41 2905762 par une expiration forcée orientée vers ladite structure de support.
42. Procédé selon l'une quelconque des 5 revendications 28 à 41, caractérisé par des sensibilités transverses minimales entre les déterminations desdites substances.
43. Procédé selon l'une quelconque des 10 revendications 28 à 42, caractérisé en ce qu'on indique si les substances proviennent de l'appareil respiratoire supérieur ou de l'appareil respiratoire inférieur. 15
44. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 43, caractérisé en ce que la détermination desdites substances implique des opérations redondantes, fournissant une possibilité d'autotest en rapport avec des erreurs usuelles 20 accidentelles ou délibérées.
45. Prccédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 44, caractérisé en ce qu'il met en œuvre une compensation d'interdépendances non 25 souhaitées au moyen d'une boucle de rétroaction négative ou une incorporation dans un algorithme de calcul.
46. Procédé selon l'une quelconque des 30 revendications 28 à 45, caractérisé en ce qu'il met en œuvre une surveillance en temps réel desdits signaux de sortie, comportant l'analyse souffle par souffle de concentrations de la substance. 42 2905762
47. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 46, caractérisé en ce que lesdits signaux déterminent, après traitement, une condition de verrouillage/déverrouillage de démarrage ou de 5 conduite d'un véhicule, ou d'autres machines.
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