Brevet FR2473873A3 — publié le 19810724

FR 2473873 A3 19810724 FR 8001075 A 19800118 La présente invention concerne les dispositifs permettant de capter le pouls périphérique. Ces dispositifs comprennent un capteur que l'on place sur le corps et un boîtier de mesure qui fournit un signal électrique représentant l'irrigation sanguine épidermique. Le terme de pouls périphérique provient de ce que le capteur n'a pas besoin d'être placé sur un endroit particulier du corps, à l'empla- cement d'une artère par exemple, mais qu'il peut être placé à n'importe quel point du corps. Ceci est particulièrement précieux dans le cas où le malade n'est pas particulièrement accessible, lorsqu'il est par exemple accidenté ou que l'on procède à des interventions chirurgicales.Ces dispositifs sont souvent incorporés dans des moniteurs blo-médicaux qui permettent de mesurer tout un ensemble de paramètres physiologiques. On sait déjà réaliser un tel capteur en plaçant par exemple d'un côté d'un doigt du patient une source lumineuse de forte intensité et de l'autre côté de ce doigt un photodétecteur. L'observation courante montre que dans un tel cas une partie de la lumière émise traverse le doigt et, bien qu'elle soit relativement faible, elle est parfaitement suffisante pour être observée à l'oeil nu et à fortiori pour exciter un photodétecteur. Dans une telle réalisation toutefois, l'intensité de la source lumineuse doit être telle que le dégagement thermique qui l'accompagne provoque de sérieux inconvénients pour le patient allant même jusqu'à des risques de brulures. D'autre part, il est nécessaire de protéger soigneusement le photorécepteur contre lteffet de la lumière ambiante qui risque de perturber les mesures notamment à cause des fréquences à 50 hertz qui sont présentes dans l'éclairage artificiel et qui limitent les possibilités de filtrage des fréquences dQes au pouls. On est ainsi amené à bander soigneusement le doigt sur lequel est fixe le capteur ce qui ne se fait pas toujours sans difficultés, limite les points accessibles au capteur, et atténue la simplicité de la méthode. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un dispositif permettant de capter le pouls périphérique d'un sujet, du type comprenant une source permettant d'émettre un rayonnement lumi neux sur la peau du sujet, des moyens d'alimentation de cette source, un récepteur photoélectrique permettant de recevoir ce rayonnement transmis par le corps du sujet et modulé par le pouls périphérique et d'émettre un signal électrique comprenant cette modulation, principalement caractérisé en ce que cette source émet un rayonnement infrarouge, que les moyens d'alimentation permettent de moduler ce rayonnement à une fréquence porteuse permettant de le distinguer des signaux parasites et notamment de la lumière ambiante, et que le dispositif comprend en outre des moyens permettant d'extraire du signal électrique une porteuse modulée par le pouls et des moyens permettant de démoduler cette porteuse pour délivrer ainsi un signal représentant le pouls périphérique. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées suivantes: - la figure 1, qui représente une vue en perspective du capteur destiné#à être placé sur la peau du sujet; - la figure 2, qui représente le schéma électrique du capteur et du boîtier de mesure permettant de l'alimenter et d'en extraire les signaux utiles. Le capteur destiné à être placé sur le patient et représenté en figure 1 comprend un boîtier rectangulaire 101 dont les dimensions sont de l'ordre du centimètre. Ce boîtier est ouvert sur le dessus et on a disposé dedans une diode émettrice 102 et un phototransistor récepteur 103. Ces composants sont disposés de telle manière que la diode émet vers l'extérieur du boîtier normalement à la surface de celui-ci et que le phototransistor ait son champ de réception dirigé dans la même direction. Si les composants électrooptiques utilisés ont une face de sortie lenticulaire, ce qui est courant, ils seront disposés de manière à ce que cette face de sortie affleure le niveau de l'ouverture du boîtier.Dans le cas contraire on placera au-dessus de ces éléments deux petites lentilles en plastique moulé qui serviront à les isoler de Extérieur et qui auront un certain effet de concentration du rayonnement lumineux. L'intérieur du boîtier 101 est rempli d'un produit de moulage, du genre époxy par exemple, qui permet d'immobiliser les éléments optoélectroniques et qui vient affleurer à la surface de ce boîtier dans le même plan que les faces d'entrée et de sortie des éléments 102 et 103. Les fils de connexion de la diode et du phototransistor sortent par un cable de connexion 104 du boîtier 101. On utilise pour la diode 102 un modèle de type courant émettant le proche infrarouge. Pour le phototransistor 103 il est alors inutile de sélectionner un modèle particulièrement sensible à l'infrarouge et on utilise un phototransistor courant dont la sensibilité dans le proche infrarouge est largement suffisante pour- cette utilisation. Le boîtier de mesure relié par le cable de connexion 104 a la tête de mesure comprend d'une part des moyens d'alimentation de la diode 102, et d'autre par des moyens de mesure du signal fournit par le transistor 103. Un oscillateur intégré 105 fournit un signal alternatif à une fréquence porteuse d'environ 900 hertz. Dans l'exemple de réalisation décrit cet oscillateur est du type connu 555, et il est connecté selon un schéma lui-même connu par un ensemble de résistances et de condensateurs pour délivrer ce signal à 900 hertz. Un potentiomètre 106 permet d'ajuster la fréquence à la valeur désirée. Le signal en sortie de la borne 3 de cet oscillateur est appliqué par une résistance 108, d'une valeur de 10 kilo-ohms par exemple, sur la base d'un transistor PNP 107. La base de ce transistor est d'autre part connectée au pale+ d'une source de tension stabilisée par l'intermédiaire d'une résistance 109, d'une valeur de 2,2 kilo-ohms. Cette alimentation fournit une tension de 12 volts par exemple. L'émetteur du transistor 107, qui est du type 2N 2907 par exemple, est lui-même connecté à cette borne +. Son collecteur est relié à l'anode de la diode électroluminescente 102 par une résistance 110, d'une valeur de 470 ohms par exemple. La cathode de cette diode électroluminescente est reliée à la masse générale, qui est aussi celle de la source d'alimentation du transistor 107. Avec ce montage la diode électroluminescente 102 est alimentée par un courant pulsé à la fréquence de 900 hertz et de forme sensiblement carrée. La lumière émise par cette diode reproduit très fidèlement les variations du courant dans celle-ci. L'émetteur du phototransistor 103, qui est de type PNP, est relié à la masse. Sa base est bien entendu en l'air, puisque c'est elle qui est excitée par les photons provenant de la diode électroluminescente 102 par l'intermédiaire du corps du patient. Son collecteur est alimente' à partir d'une source de tension positive par une résistance 111. Cette source d'alimentation doit être très stable, et dans l'exemple décrit elle est obtenue à partir de la source d'alimentation du transistor 107 par un stabilisateur qui délivre une tension de 6 volts, la résistance 111 étant alors d'une valeur de 820 ohms. Le courant qui traverse le phototransistor 103 est modulé par le signal lumineux appliqué sur sa base. Il en résulte un signal modulé sur le collecteur du transistor. Ce signal est appliqué à l'entrée + d'un amplificateur différentiel 116 par deux condensateurs 112 et 113 en série. Le point commun à ces deux condensateurs est réuni à la masse par une résistance 115 et l'entrée + est elle-même réunie à la masse par une résistance 114. La sortie de l'amplificateur 116 est bouclée sur son entrée -par l'intermédiaire d'un réseau RC de contre réaction sélective. Ce réseau est composé d'une résistance 117 qui réunit directement la sortie de l'amplificateur à son entrée -. Cette résistance 117 est shuntée par deux condensateurs 118 et 119 en série. Le point commun à ces condensateurs est réuni à la masse d'une part par une résistance 121, et d'autre part par un condensateur 120. L'amplificateur 116 ainsi connecté amplifie avec un grand gain les composantes du signal en sortie de transistor - 103 dont la fréquence est égale à la fréquence du signal délivré par l'oscillateur 105. Dans la réalisation décrite pour la fréquence déjà citée de 900 hertz, on a pris comme amplificateur l'un des deux amplifi cateurs d'un circuit du type 5558, et pour valeurs des résistances 114, 115, 117 et 121 respectivement 68,1 kilo-ohms, 68,1 kilo-ohms, 100 kilo-ohms, et 121 ohms, avec une précision de 1 %. Les valeurs des condensateurs 112, 113, 119, 118 et 120 sont respectivement de 10 nanofarads, 10 nanofarads, 47 nanofarads, 47 nanofarads et 4,7 nanofarads, avec une précision de 2 %. On a donc en sortie de l'amplificateur 116 une porteuse à 900 hertz avec une modulation qui représente uniquement les variations d'intensité du faisceau lumineux issu de la diode 102 et atteignant le phototransistor 103. Ces variations d'intensité sont .dues en partie aux variations d'absorption du corps humain traversé par ce faisceau lumineux et en partie aux variations de réflexion de la peau et ces variations représentent elles-mêmes directement les variations du flux sanguin sous la peau à l'emplacement où est placé le boîtier 101. On remarque d'ailleurs, que le rayonnement infrarouge choisi se situe dans la zone d'absorption du sang, ce qui améliore encore la sélectivité de cette méthode. La porteuse ayant servi à isoler les variations du signal dues au pouls, des variations parasites dues par exemple à la lumière ambiante, n'est plus nécessaire pour la suite du traitement de ce signal. On l'élimine alors par un circuit qui réalise une détection crête. Pour cela la sortie de l'amplificateur 116 est connectée à l'entrée + d'un autre amplificateur différentiel 137, constitué par exemple par l'autre amplificateur du circuit 5558. L'entrée-de cet amplificateur est réunie par l'intermédiaire d'une résistance 138, de 100 kilo-ohms par exemple, à une source positive de tension, celle-là même qui alimente le transistor 107 par exemple. Cette entrée - est réunie à la sortie de l'amplificateur 137 par une diode 140, du type 1N914 par exemple, connectée dans le sens passant entre cette entrée - et cette sortie. La sortie de l'amplificateur 137 est aussi réunie à la cathode d'une diode 139, par exemple aussi une 1N914, dont l'anode est réunie à l'armature négative d'un condensateur électrochimique 141 de forte capacité, 100 micro-farads par exemple, dont l'armature positive est réunie à la masse.Ce condensateur est shunté à la masse par une résistance 122, de 4,2 kilo-ohms par exemple. Le signal ainsi redressé et présent sur l'anode de la diode 139 est enfin filtré par une cellule RC composée d'un condensateur 121, de 0,22 micro-farads par exemple, réuni d'un côté à cette anode, et de l'autre à la masse par une résistance 123, de 680 kilo-ohms par exemple. On dispose ainsi au point commun à ce condensateur 121 et à cette résistance 123 de la modulation de la porteuse à 900 hertz, qui représente le pouls du patient auquel est fixé le capteur 101. Pour pouvoir utiliser ce signal plus commodément, et notamment pour éviter que des circuits diutilisation situés plus en aval ne chargent trop le circuit de détection crête, ce qui produirait une modificaton du signal, on amplifie celui-ci avec un troisième amplificateur différentiel 124. Celui-ci peut être par exemple, du type connu 355. Pour cela le point commun à la capacité 121 et à la résistance 123 est connecté à l'entrée+ de cet amplificateur 124. L'entrée- de cet amplificateur est réunie à la masse par une résistance 125, de 33 kilo-ohms par exemple. La sortie de cet amplificateur est réunie à son entrée -par d'une part une résistance 126, d'une valeur de 330 kilo-ohms par exemple, shuntée par un condensateur 127, d'une valeur de 0,1 micro-farad par exemple. Ceci constitue une cellule de correction de la réponse de cet amplificateur qui limite sa réponse à une valeur relativement basse, ce qui n'a pas d'importance étant donné les fréquences faibles du pouls. Par ailleurs, dans la réalisation décrite, cet amplificateur 124 est muni d'un dispositif d'annulation de la tension de décalage constitué d'un potentiomètre 128 connecté entre ses bornes 1 et 5 et dont le curseur est réuni à une source d'alimentation positive. La valeur de ce potentiomètre est par exemple de 10 kilo-ohms et la source de tension positive est de 15 volts. On dispose donc en sortie de cet amplificateur séparateur 124 du signal représentant le pouls périphérique sous une impédance et avec un niveau permettant d'attaquer tous les circuits d'utilisation désirés. Toutefois, le niveau est extrêmement variable selon la partie du corps sur laquelle est placé le capteur et il y aura lieu éventuellement d'utiliser des moyens de réglage, un atténuateur par exemple, pour effectuer la connection entre cet amplificateur et les organes situés en aval. Ces organes comprennent par exemple les dispositifs de visualisation d'un moniteur bio-médical qui permet de représenter sur un écran les paramètres physiologiques d'un sujet et notamment son pouls périphérique. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de capter le pouls périphérique d'un sujet, du type comprenant une source (102) permettant d'émettre un rayonnement lumineux sur la peau du sujet, des moyens d'alimentation de cette source (105, 107), un récepteur photoélectrique (103) permettant de recevoir ce rayonnement transmis par le corps du sujet et modulé par le pouls périphérique et d'émettre un signal électrique comprenant cette modulation, caractérisé en ce que cette source émet un rayonnement infrarouge, que les moyens d'alimentation permettent de moduler ce rayonnement à une fré querrceporteuse permettant de le distinguer des signaux parasites et notamment de la lumière ambiante, et que le dispositif comprend en outre des moyens (116-I21) permettant d'extraire du signal électrique une porteuse modulée par le pouls et des moyens (137-141) permettant de démoduler cette porteuse pour délivrer ainsi un signal représentant le pouls périphérique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source (102) et le récepteur (103) sont placés côte à côte dans un boîtier (101), le récepteur recevant une partie du rayonnement réfléchi par la peau du sujet, et une partie du rayonnement diffusé sous la peau du sujet. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation comprennent un oscillateur (105) commandant un amplificateur de puissance (107) permettant de délivrer un courant haché de forme sensiblement carrée. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fréquence porteuse est sensiblement de 900 hertz. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens permettant d'extraire une porteuse modulée comprennent un amplificateur sélectif (116-121) calé sur la fréquence de la porteuse, et que les moyens permettant de démo duler cette porteuse comprennent un circuit de détection crête (137-141). 6. Moniteur bio-médical du type comprenant des moyens permettant de visualiser les paramètres bio-médicaux d'un sujet, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon Tune quelconque des revendications 1 à 5.