Brevet FR2344181A1 — publié le 19771007

La présente invention concerne les dispositifs de filtrage de signaux électriques, destinés aux appareils d'é- lectroencéphalographie. L'électroencéphalographie est une technique qui permet l'enregistrement et l'interprétation de l'activité électrique du cerveau. Un tel enregistrement, appelé électroencéphalogramme, représente des potentiels très faibles de l'ordre de millièmes ou de millionièmes de volt. Les potentiels varient dans la plus grande partie du cerveau à une fréquence comprise entre moins de 1 Hz et 40 Hz et plus, bien que le cervelet présente aussi des fréquences atteignant 150 250 Hz. Un électroencéphalogramme comprend essentiellement des rythmes alpha, béta, théta et delta, qui ont des plages de fréquences comprises respectivement entre 8 et 13 Hz, 13 et 30 Hz, 4 et 7 Hz et 0,5 et 3 Hz. Ainsi, la plage de fréquences la plus intéressante pour l'étude de l'activité cérébrale est comprise entre une fraction de hertz et une quarantaine hertz. On sait par ailleurs que l'électrosommeil, c'est-àdire l'effet obtenu par utilisation d'appareils électriques ayant un effet somnifère, a des applications importantes non seulement pour le traitement des troubles du sommeil et de l'insomnie mais aussi pour celui de diverses maladies neuropsychiatriques ; on peut citer par exemple les névroses, les psychoses et les syndromes subjectifs de traumatisés craniens. On utilise aussi cette technique d'électrosommeil dans des désintoxycations alcooliques et tabagiques et lors de la préparation à l'accouchement sans douleurs. Les techniques d'électrosommeil mettent en oeuvre des courants intermittents à basse tension appelés courants de Leduc. Ces courants comprennent une composante alternative sous forme d'impulsions rectangulaires ayant une fréquence de l'ordre de 100 Hz et comprise en général entre 50 et 150 Hz. Ces courants de Leduc ont une intensité de l'ordre de 1 mA. L'électroencéphalographie est un des modes d'appré citation les plus objectifs du fonctionnement cérébral et des fluctuations de la vigilance. On a donc cherché à résoudre le difficile problème de l t enregistrement des rythmes électro encéphalographiques au cours des séances d'électrosommeil. Les recherches réalisées par de nombreux auteurs qui ont effectué des travaux de haute technicité, n'ont donné que des résultats partiellement décevants. En effet, les rythmes cérébraux qui ont une très faible intensité comme indiqué précédemment, sont masqués derrière les courants inducteurs qui sont très importants par rapport aux précédents. Ce problème et son importance sont décrits dans le Bulletin de Psychologie, numéro spécial 1975, "Les Techniques Contemporaines d'Electrosommeil'1, de H. Faure. Cet ouvrage indique que la solution théorique du problème posé peut comprendre d'une part l'amplification des rythmes émis par les structures cérébrales et d'autre part le filtrage des signaux perturbateurs. Cependant, l'auteur constate que, malgré le long temps écoulé depuis ces suggestions et les tentatives réalisées par divers auteurs, personne n'a encore réalisé de dispositif de filtrage convenant à la résolution du problème posé. L'invention concerne un filtre destiné à supprimer les- signaux perturbateurs, qu'ils soient dus à des courants parasites, par exemple du réseau électrique, ou à un traitement par un appareil d'électrosommeil. Plus précisément, l'invention concerne un filtre dont l'atténuation n'est pas supérieure à 1,1 (1 dB) environ entre O et 30 Hz environ et dont l'atténuation dépasse 1 000 (60 dB) environ pour les fréquences supérieures à 50-Hz. Plus précisément, un tel filtre est un filtre actif, c2est-à-dire comprenant des éléments actifs tels que des amplificateurs opérationnels qui reçoivent de l'énergie de l'extérieur. Le filtre est avantageusement du type de Tchebyscheff car il assagit d'un filtre polynomial qui présente une coupure très raide pour un ordre donné. Plus précisément, on constate qu'un filtre de Tchebyscheff d'ordre 7, c'est-à-dire ayant une fonction de transfert de degré 7, satisfait aux conditions précitées d'atténuation. Un tel filtre est réalisé par mise en cascade de trois circuits élémentaires passe-bas du second ordre et d'une cellule RC. L'invention concerne aussi un appareil d'électroencéphalographie comportant au moins un tel filtre. De préférence, un tel appareil électroencéphalographique comprend un filtre du type décrit pour chacune des voies de sélection. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un exemple d'enregistrement obtenu avec un électroencéphalographe, lorsque le patient est au cours d'une séance d'électrosommeil, de manière classique - la figure 2 est un schéma électrique d'un filtre de Tchebyscheff, destiné à wetre monté dans l'une des voies de sélection d'un appareil d'électroencéphalographie - la figure 3 est un graphique représentant la fonction de transfert du filtre représenté sur la figure 2 - les figures 4A, 4B et 4C représentent chacune deux enregistrements électroencéphalographiques, l'enregistrement du haut, sur chaque figure, étant obtenu sans filtre selon l'invention alors que l'enregistrement du bas est obtenu avec un filtre selon l'invention, la figure 4A étant obtenue sur un patient en dehors d'une séance d'électrosommeil alors que les figures 4B et 4C correspondent à ltutilisation de deux appareils différents d'électrosommeil ; et - la figure 5 est un diagramme synoptique d'un appareil d'électroencéphalographie comprenant un filtre selon l'invention. On sait que les appareils d'électroencéphalographie comprennent habituellement un grand nombre de voies permettant la sélection d'une paire choisie d'électrodes pour 1'enregistrement de l'activité d'une partie déterminée du cerveau. La plupart des appareils électroencéphalographiques comprennent un filtre dans chaque voie de sélection, mais le filtre incorporé est relativement peu sélectif, si bien que, lorsque le patient est au cours d'une séance d'ëlectrosommeil, 1 'enregistrement électroencéphalographique est absolument illisible.L'enregistrement supérieur de la figure 4B est obtenu avec un électroencéphalographe lorsque le patient est au cours d'une séance d'électrosommeil réalisée avec un appareil "Elecktrodorm". La figure 1 représente un enregistrement des signaux électriques présents sur les électrodes et le long de la channe d'amplification d'un appareil d'électroencéphalographie obtenu avec des réglages différents de ceux qu'on utilise en réalité au cours d'une séance d'électrosommeil afin que les diverses composantes des signaux soient bien séparées. Ainsi, l'enregistrement de la figure 1 comprend d'une part le rythme cérébral de fréquence de l'ordre de 8 à 10 Hz, une modulation parasite à 50 Hz et des pointes correspondant aux impulsions d'électrosommeil (à 10 Hz environ au cours de cet essai). Le problème posé est l'élimination des deux dernières composantes citées de l'enregistrement de la figure 1, afin que seul le rythme cérébral proprement dit soit conservé. Selon l'invention, le problème posé est résolu par utiligation d'un filtre passe-bas permettant la séparation des rythmes cérébraux dont la fréquence est comprise entre O et 30 Hz et des signaux dont la fréquence est supérieure à 50 Hz. Un filtre selon l'invention présente une atténuation qui est inférieure ou égale à 1,1, c'est-à-dire de 1 dB, pour les fréquences inférieures à 30 Hz, et l'atténuation atteint et dépasse 1 OOQ soit 60 dB, pour les fréquences supérieures à 50 Hz. La réalisation d'un filtre aussi sélectif fait obligatoirement appel à la technique des filtres actifs, c'est-àdire des filtres qui comprennent des éléments actifs tels que les amplificateurs opérationnels et reçoivent de lténergie de ltextérieur. La figure 2 représente le schéma électrique d'un filtre de Tchebyscheff qui est un filtre polynomial réalisé selon l'invention et qui convient particulièrement bien car il présente une coupure très raide pour un ordre donné. Sur la figure 2, les références 1 désignent des amplificateurs opérationnels. Ro représente une résistance dont la valeur est égale à 100 kD. Les capacités CQ ont une valeur égale à 50 nF, obtenue à l'aide de la formule 2feOcOfp = 1 fp étant la fréquence de coupure, soit 30 Hz. Les valeurs des coefficients normalisés q et m, indiqués sur la figure 2, et permettant de calculer tous les éléments du filtre sont les suivantes m1 = 0,803 m2 = 0,196 m3 = 0,046 m4 = 4,468 q1 = 5,403 q2 = 7,808 q3 = 21,88 La figure 3 représente la fonction de transfett du filtre réalisé avec les valeurs indiquées des différents coefficients norma'isés. Sur la figure 3, les ordonnées représentent l'atténuation en décibels et les abscisses la fréquence en hertz. On note que la fonction de transfert satisfait bien aux conditions indiquées précédemment. Bien entendu, le filtre décrit n'est qu'un exemple de filtre réalisé selon l'invention et permettant la résolution du problème de la séparation des rythmes cérébraux et des signaux parasites. Les figures 4A à 4C indiquent les résultats qu'on peut obtenir par mise en oeuvre de l'invention. Sur ces trois figures, la courbe inférieure est obtenue avec une voie d'électroencéphalographie qui comporte un filtre selon l'invention, du type décrit précédemment. Au contraire, l'enregistrement supérieur représente la courbe obtenue sans qu'un filtre selon l'invention soit ajouté à la voie considérée. La figure 1 montre que le filtre selon l'invention ne perturbe pas de façon importante l'électroencéphalogramme qu'on obtient lorsque le patient n'est pas soumis à une séance d'électrosommeil. La figure 4B correspond à un patient subissant une séance d'électrosommeil à l'aide d'un appareil "Elektrodorm". On note que ltenregistrement de la voie sans filtre ne peut absolument pas Qtre interprété, alors que l'enregistrement inférieur, obtenu avec la voie comportant le filtre contient des informations utiles. La figure 4C est obtenue de la meme manière que la figure 4B, mais l'appareil d'électrosommeil utilisé est un appareil du type décrit dans la demande de brevet français nO 76.05 940, déposée le 13 février 1976 par la Demanderesse sous le titre "Appareil dYélectrosommeil". On note que ltenregistrement obtenu avec la voie sans filtre est beaucoup moins perturbé que dans le cas de la figure 4B, mais cependant l'interprétation de l'enregistrement est encore pratiquement impossible. La courbe du bas de la figure 4C, obtenue avec la voie comprenant le filtre selon l'invention, est extrêmement nette et permet une interprétation très poussée. Les appareils d'électroencéphalographie munis d'un filtre selon l'invention suppriment donc totalement les signaux parasites et les signaux induits par les courants d'électrosommeil. En conséquence, de tels appareils permettent l'étude continue de l'activité cérébrale d'un patient au cours d'une séance d1électrosommeil. La figure 5 est un diagramme synoptique d'un exemple d'appareil d'électroencéphalographie muni d'un filtre selon l'invention. Cet appareil comporte des électrodes 10 reliées à un sélecteur 12. Celui-ci permet au praticien de choisir la voie qu'il désire analyser, c'est-à-dire la paire d'électrodes utilisée pour la lecture des signaux. Dans l'exemple considéré, chaque voie comprend de façon classique un préamplificateur 14 et un amplificateur terminal 16, ainsi qu'une commande de plume 18 d'un enregistreur convenable. Les préamplificateurs et amplificateursccmprennent souvent, dans les appareils classiques, des filtres électriques, mais qui ne permettent jamais, et de loin, le filtrage particulier réalisé selon l'invention. Chaque voie de l'appareil ou une au moins comporte un filtre 20 réalisé selon l'invention et décrit en référence à la figure 2, entre le préamplificateur 14 et l'amplificateur 16 de la voie considérée. Les spécialistes peuvent facilement déterminer l'emplacement qui convient le mieux dans d'autres types d'appareils d'électroencéphalographie. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées, REVENDICATIONS 1. Filtre électrique destiné à etre monté sur une voie au moins d'un appareil d'électroencéphalographie, caractérisé en ce qu'il présente une atténuation inférieure ou égale à 1,1, soit 1 dB environ,des signaux dont la fréquence est inférieure ou égale à 40 Hz environ, et une atténuation supérieure à 1 000, soit 60 dB environ, des signaux dont la fréquence est supérieure à 50 Hz environ. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est du type actif et comprend des éléments actifs tels que des amplificateurs opérationnels. 3. Filtre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est du type de Tchebyscheff. 4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est du type de Tchebyscheff d'ordre 7. 5. Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend trois circuits passe-bas du deuxième ordre montés en cascade avec une cellule RC. 6. Filtre selon la revendication 5, caractérisé en cr qutil a une fonction de transfert du type représenté sur la figure 3 des dessins. 7. Appareil d'électroencéphalographie, caractérisé en ce quril comprend, sur une voie au moins de sélection, au moins un filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Appareil d'électroencéphalographie selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre selon Itune quelconque des revendications 1 à 6 sur chacune des voies de sélection.