Non-invasive transcutaneous characterisation of blood carbon dioxide (CO2) content

Caractérisation transcutanée non invasive du contenu sanguin en dioxyde de carbone (CO2)

• Auteur / Autrice : Emmanuel Dervieux
• Direction : Wilfried Patrick Uhring, Michaël Théron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microelectronique, optique et lasers, optoelectronique, microondes, robotique
• Date : Soutenance le 19/12/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Agnès Giroux-Metges
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Vergès, Yann Le Guillou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Julien Perchoux, Pierre-Antoine Bouit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrophotométrie

Dioxyde de carbone

Mots clés libres

Dioxyde de carbone (CO2),

Biomédical

Fluorescence

Dual lifetime referencing

Spectrophotométrie

Photo-blanchiment

Carbaminohémoglobine

Carbon dioxide (CO2)

Biomedical

Fluorescence

Dual lifetime referencing

Spectrometry

Photobleaching

Carbaminohaemoglobin

Résumé

Cette thèse cherche à développer une méthode non-invasive de mesure du taux de dioxyde de carbone (CO2) artériel, dont la connaissance est cruciale sur le plan clinique. Deux approches principales sont étudiées : la carbamétrie pulsée, qui extrapole les principes de l'oxymétrie à la carbamino-hémoglobine via des techniques spectrophotométriques, et l’étude de la diffusion transcutanée du CO2, qui donne des indications sur le contenu en CO2 des tissus sous-cutanés. La première approche s'est révélée être une impasse, tandis que la seconde montre un plus grand potentiel. En particulier, la piste d’un capteur se présentant sous la forme d’un patch contenant un fluorophore sensible au pH semble particulièrement prometteuse. Une première étude clinique visant à mieux caractériser la diffusion transcutanée du CO2 a été réalisée, permettant le dimensionnement d’un tel patch. Une étude théorique approfondie est ensuite menée, et des prototypes de patchs sont conçus, présentant une réponse au CO2 satisfaisante. La thèse conclut que – malgré les nombreuses améliorations qui restent à apporter au patch ainsi conçu – cette nouvelle modalité de mesure pourrait permettre le suivi médical continu et portatif du CO2.

This thesis aims to develop a non-invasive method for measuring arterial carbon dioxide (CO2) content, which is crucial in clinical practice. Two main approaches are investigated: pulse carbametry, which extrapolates oximetry principles to carbaminohaemoglobin using spectrophotometric techniques, and the study of transcutaneous CO2 diffusion, which provides insights into the CO2 content of subcutaneous tissues. The first approach proved to be a dead-end, while the second shows greater potential. In particular, the concept of a sensor in the form of a patch containing a pH-sensitive fluorophore appears especially promising. A preliminary clinical study was conducted to better characterize transcutaneous CO2 diffusion, enabling the dimensioning of such a patch. An in-depth theoretical study followed, leading to the development of patch prototypes that exhibited a satisfactory response to CO2. This thesis concludes that, despite the many improvements still needed for the patch to be usable in a real-life clinical context, this new measurement modality could pave the way for continuous and portable CO2 monitoring in medical care.