Brevet FR2476472A1 — publié le 19810828

"Circuit pour la mesure de la pulsation cardiaque." L'invention concerne un circuit pour mesurer la pulsa- tion cardiaque d'une personne à l'aide d'une source de lumiè- re commandée, d'un récepteur de lumière fournissant un signal de mesure correspondant à l'atténuation à laquelle donne lieu l'endroit de mesure, d'un filtre qui, sur la base dudit si- gnal de mesure, isole un signal en forme d'impulsion corres- pondant à la pulsation cardiaque et fourni à un dispositif de définition de valeur, ainsi que d'un régulateur qui, en fonction du signal de mesure, commande la source de lumière de façon que la valeur moyenne du signal d'entrée du régula- teur reste constante au moins approximativement. Un tel circuit est connu du document allemand "Offenlegungsschrift" NI 27 27 138. Au cours de la mesure, la lumière de la source lumineuse est commandée par un pli d'é- piderme du pavillon de l'oreille, par le sommet d'un doigt ou par quelque chose de ce genre, tandis que le récepteur de lumière mesure le courant lumineux qui se produit de l'autre côté de l'endroit de mesure. Ce courant lumineux comporte, comme modulation d'amplitude, une information au sujet de la variation de la teneur de sang sur l'endroit de mesure, et à l'aide de cette information est définie la pulsation cardiaque à l'aide du dispositif de définition de valeur. Le régulateur fait en sorte que le signal de mesure res- te grandement indépendant des différences individuelles des propriétés optiques de l'épiderme et du tissu (transmission), ce qui facilite notablement la définition de la valeur du signal de mesure. Toutefois, également lors de l'emploi de l'appareil con- nu, des perturbations sont possibles et entravent la défini- tion précise de la valeur du signal de mesure. L'inventeur s'est rendu compte que ces perturbations sont engendrées par des activités vaso-motrices du système de vaisseaux sanguins. En conséquence de ces activités, les vaisseaux sanguins se rétrécissent ou s'élargissent ce qui modifie le volume de sang transporté et a comme conséquence une variation de modu- lation du signal de mesure. Ces activités vasomotrices sont:- généralement beaucpup plus lentes que la pulsation cardiaque de la personne examinée. Or, l'invention a pour but de procurer un circuit qui- appartient au genre mentionné dans le préambule et lors de l'emploi duquel les activités vasomotrices survenant lors de la mesure n'influencent pratiquement pas la précision du ré- sultat de mesure obtenu lors de la mesure de la pulsation du pouls. A cet effet, le circuit conforme à l'i&nvention est remarquable en ce qu'il comporte un circuit de réglage devant stabiliser l'amplitude du signal en forme d'impulsion compa- rativement aux fluctuations lentes de la modulation du signal de mesure, et que le signal ainsi stabilisé en ce qui con- cerne son amplitude est fourni au dispositif de définition de valeur. Par l'expression "fluctuations lentes", on entend ici des variations dont la fréquence limite supérieure est nota- blement inférieure à la pulsation du pouls. Les activités __ vasomotrices résultent comme fluctuatij-ons J.entéS de l'ampli-* - tude du signal en forme d'impulsion, et ledit circuit de ré- glage supprime notablement ces fluctuations, de sorte que lef dispositif de définition de valeur ne reçoit qu'un signal dont l'amplitude est pratiquement constante et dont il est facile de définir la valeur. Un autre mode de réalisation du circuit conforme à l'invention est remarquable en ce que le circuit de réglage comporte un circuit de valeur moyenne branché à la suite du filtre et fournissant un signal de sortie correspondant à l'amplitude moyenne sur plusieurs périodes du signal en forme d'impulsion. Dans le cas le plus simple, ce circuit de va- leur moyenne peut être formé par le montage en série compor- tant une diode, et un condensateur, shunté par une résistan- ce (circuit redresseur). Le signal de sortie qui correspond à la valeur moyenne de l'amplitude de signal en forme d'im- pulsion sur plusieurs périodes de ce signal, est prélevé aux armatures du condensateur qui, en coopération avec la résis- tance, a une constante de temps égale à quelques secondes. Encore un autre mode de réalisation du circuit conforme à l'invention est remarquable en ce qu'entre le filtre et le circuit de valeur moyenne est branché un amplificateur dont l'amplification peut être commandée par le signal de sortie du circuit de valeur moyenne. En fonction du signal de sortie du circuit de valeur moyenne, le coefficient d'amplification dudit amplificateur est commandé de façon à diminuer lorsque le signal de sortie du circuit de valeur moyenne augmente, et inversement. Encore un autre mode de réalisation du circuit conforme à l'invention est remarquable en ce que le signal de sortie du circuit de valeur moyenne et le signal d'un généra- teur de valeur de réglage servent ensemble de valeur directi- ve pour le régulateur, et que la valeur directive ainsi for- mée augmente lorsque ladite valeur moyenne diminue. De cette façon, le régulateur qui rend le signal en for- me d'impulsion indépendant de la transmission, sert donc également à l'élimination des fluctuations de l'amplitude du battement de pouls, provoquées par des activités vasomotrices. Lorsque, par exemple sur la base d'activités vasomotrices, l'amplitude dudit signal diminue, l'émission de la source lu- mineuse est augmentée jusqu'au point o ledit signal présente à nouveau sa valeur'initiale. Un dernier mode de réalisation du circuit conforme à l'invention est remarquable en ce qu'un autre circuit de dé- finition de valeur est raccordé à la sortie du circuit de va- leur moyenne. A l'aide d'un tel circuit conforme à l'inven- tion, on peut donc, en plus de la pulsation cardiaque, repré- senter également un paramètre correspondant à l'état vaso- moteur du système de vaisseaux sanguins. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien compren- dre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre un circuit dans lequel l'en- droit de mesure subit-l'influence d'un faisceau de lumière pulsatoire. La figure 2 montre un circuit dans lequel l'en- droit de mesure subit l'influence d'une lumière dont l'in- tensité-reste constante. Un générateur 1 fournit un signal en forme de créneau dont l'amplitude, la fréquence et la largeur sont constantes. Ce signal est fourni à un amplificateur 2 dont l'amplifica- tion peut être commandée par la tension sur une entrée de commande 24. A la sortie de l'amplificateur est raccordée une source de lumière dont l'intensité lumineuse est fonction de la tension de sortie de l'amplificateur 2, ladite source lumineuse étant par exemple une diode 23 émettant de l'infra- rouge. Cette diode 23 ainsi qu'un récepteur de lumière 14, par exemple un photo-transistor, sont placés de façon que lors d'une mesure, ledit phototransistor 14 mesure l'intensi- té de la lumière émise par la source 23 et atténuée sur l'en- droit de mesure (21) par un tissu parcouru par le sang, par exemple le bout d'un doigt ou un lobe d'oreille. En présence de l'intensité lumineuse donnée d'avance en ce qui concerne la source de lumière 23, le signal de sortie. du récepteur de lumière 14 est une mesure de l'atténuation de la lumière passant par l'endroit de mesure. Le signal de sortie du phototransistor 14 également en forme d'impulsion, mais l'amplitude de cette impulsion n'est pas constante mais fluctue en conséquence de la situation sanguine sur l'endroit de mesure. Toutefois, cette fluctuation ou modulation est re- lativement faible. Elle n'atteint qu'environ 1 X. C'est pour- quoi le circuit récepteur 3 comportant le récepteur de lumiè- re 14 doit être conçu de façon à éliminer dans une grande mesure la lumière parasitaire arrivant près du récepteur 14 et à empêcher notablement une modulation d'amplitude par dé- placement de point de travail en conséquence de la lumière parasitaire. Comme cela est le cas également dans le circuit répon- dant au document allemand NO 27 27 138, déjà cité, l'élimi- nation de la lumière parasitaire est pratiquement possible du fait que le signal de l'électrode de sortie du phototran- sistor 14 est fourni au reste du circuit de traitement par l'intermédiaire d'un condensateur qui, sous l'action d'un commutateur enclenché et déclenché dans le rythme des impul- sions de lumière est chargé jusqu'à la valeur-qui correspond à la lumière parasitaire et qui durant les impulsions de lu- mière (commutateur ouvert) est soustraite de la tension s'i- dentifiant au signal de sortie, de sorte que la lumière pa- rasitaire est éliminée. La modulation d'amplitude provoquée par la lumière parasitaire peut être maintenue faible du fait que le phototransistor fonctionne à tension de collec- teur constante du fait que son collecteur est raccordé à l'émetteur d'un transistor dont la base est branchée sur une tension constante. La sortie du circuit récepteur 3 met donc à disposition un signal en forme d'impulsion dont la fréquence correspond à celle du signal qui est fourni par le générateur 1 et dont l'amplitude est en premier lieu fonction de l'atténuation constante sur l'endroit de mesure et seulement en second lieu de l'état sanguin du tissu. Par l'intermédiaire d'un trans- formateur d'impédance 4, ledit signal est fourni à un filtre passe-bande 5 dont la fréquence centrale correspond à la fréquence (5 kHz) des impulsions fournies par le générateur 1- et dont la largeur de bande est choisie de façon que le fac- teur de transmission des composantes de bande latérales en- gendrées par la modulation d'impulsion de sang n'est prati- quement pas inférieur au facteur de transmission pour la fréquence centrale. De ce fait, les fréquences parasitaires situées en dehors de la largeur de bande du signal utile sont donc éliminées. A la sortie du filtre 5 est raccordé un amplificateur 6 dont le coefficient d'amplification est réglable graduel- lement. De ce fait, les très grandes variations de transmis- sion telles que celles-ci se produisent lorsqu'au lieu du lobe d'oreille,le sommet d'un doigt (la transmission peut dans ce cas devenir 100 fois moins grande) est soumis à l'in- fluence du rayonnement, doivent être compensées en raison de " - '. -2476472 6- ce que le seul circuit de réglage niest pas à même d'éliminer de telles variations. Le signal -de sortie de l'amplificateur 6 est fourni à un démodulateur d'amplitude 18 dont le compor- tement dans le temps correspond à celui d'un filtre passe- bas à fréquence limite supérieure égale à environ 100 Hz. Le signal de sortie du démodulateur 18 est formé par une com- posante de tension continue qui est proportionnelle à la va- leur moyenne de l'amplitude du signal de sortie du circuit récepteur 3, ainsi'que par une composante de tension alterna- tive superposée, engendrée par les impulsions de sang. Le signal de sortie du démodulateur 18 est fourni à l'entrée de valeur réelle d'un régulateur-PI 7 et comparé à la valeur de réglage que fornit un générateur 8. A travers un élément de blocage de bande 22 qui isole par filtrage les composantes de signal provenant des impulsions de sang, le signal de sortie dudit régulateur-PI 7 est fourni à l'entrée de commande 24.de l'amplificateur réglable 2. De ce fait, le coefficient d'amplification de cet amplificateur 2-est com-- - mandé de façon que dans le cas o le signal de sortie de l'amplificateur 3 augmente, ledit coefficient d'amplification diminue. De cette façon, il devient possible, et cela indé- pendamment des différences de transmission pour un endroit de mesure déterminé (lobe d'oreille ou sommet de doigt) de ga- rantir, pour la même personne ou pour différentes personnes, une amplitude de signal constante sur la sortie du circuit récepteur 3. En présence d'un signal constant sur l'entrée de valeur de réglage du régulateur-PI 7,-le signal de sortie de cerégulateur 7Oreste encore uniquement proportionnel à la transmission du tissu rayonné. (Si en première instance, l'on néglige la faible modulation à laquelle donne lieu le signal d'impulsion de sang). Ce paramètre de mesure qui est disponible par exemple sur la borne 15, peut être évalué comme information au sujet de la transmission dans le tissu, et être reproduit. De plus, un autre étage d'amplification 3 peut être branché entre le point 15 et l'instrument de re- production, autre étage dont le coefficient d'amplification production, autre étage dont le coefficient d'amplification peut être modifié graduellement et dans le sens opposé à celui dans lequel varie le coefficient d'amplification de l'étage 6, de sorte que le produit des coefficients d'ampli-_ fication des deux étages d'amplification est constant et que le signal reproduit est indépendant du réglage de l'étage de comparaison 6. L'élément de blocage de bande 22 branché entre la sortie du régulateur-PI 7 et l'entrée de commande de l'amplificateur réglable 2 a pour tache d'empêcher les composantes de signal en provenance de l'impulsion de sang d'influencer le régla-, ge, car cela aurait comme conséquence qu'également lesdites composantes de signal seraient éliminées dans une mesure plus ou moins grande. Par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande 9a qui ne laisse passer que les composantes de fréquence (0,5 Hz à Hz) caractéristiques pour l'impulsion de sang, le signal de sortie du régulateur-PI 7 est fourni à un étage.-aipliúi- cation 9 dont le coefficient d'amplification peut être com- mandé par la tension sur l'entrée de commande 91. La sortie 16 du circuit d'amplification est donc le siège du signal en forme d'impulsion, c'est-àdire un signal dont l'allure correspond à l'état sanguin sur l'endroit de mesure et, partant, aux pulsations de sang ou pulsations cardiaques de la personne examinée. Par un commutateur de valeur de seuil raccordé à la sortie 16 de l'étage amplificateur 9, ledit signal peut être numérisé et amené en synchronisme avec la fréquence d'impulsion. Dans un circuit de comptage, de cal- cul et de reproduction 13, la fréquence des impulsions car- diaques peut être fournie en pulsations à la minute. Comme déjà précisé, des activités vasomotrices sont ca- pables d'influencer l'amplitude du signal en forme d'impul- sion ce qui peut avoir des effets défavorables sur la pré- cision de la définition de valeur. L'influence que les ac- tivités vasomotrices exercent sur l'amplitude dudit signal peut être éliminée grandement par un circuit de réglage com- Dortant entre autres-un circuit de valeur moyenne 10. Ce circuit fournit un signal correspondant à la valeur moyenne des amplitudes sur plusieurs périodes d'impulsion (c'est-à- dire sur plusieurs secondes). Dans le cas le plus simple, ce circuit 10 peut comporter une diode raccordée à la sortie de l'étage amplificateur 9, l'autre borne de la diode étant à la masse à travers un con- densateur shunté par une résistance dont la valeur ohmique est telle qu'il en résulte une constante de temps égale à quelques secondes. La tension aux armatures du condensateur correspond donc à la valeur moyenne de l'amplitude du signal de forme d'impulsion. Cette tension-valeur moyenne est four- nie à un transformateur d'impédance 11 dont la sortie-17 met donc à disposition un signal constituant une mesure des acti- vités vasomotrices du système de vaisseaux sanguins. A travers la liaison 19, ce signal peut être fourni en supplément au si- gnal fourni par le générateur de valeur de réglage 8 et dispo- nible sur l'entrée de valeur de réglage du régulateur-PI 7, cette opération ayant lieu notamment de façon que la valeur de réglage diminue lorsque l'amplitude du signal en forme d'impulsion augmente. Bien que cette solution ne nécessite pas l'emploi d'un régulateur supplémentaire, elle a toutefois l'inconvénient qu'également la composante de tension continue du signal de sortie du régulateur PI-7 est fonction des activités vaso- motrices, de sorte que le signal sur le point 15 n'est pas une mesure pour la transmission. Il est possible d'éviter cet inconvénient lorsque le signal de sortie du transforma- teur d'impédance 11 n'est pas fourni au régulateur PI. 7 à travers la liaison 19 mais est fourni, à travers la liaison 20, à l'entrée de commande 91 de l'étage amplificateur 9 à coefficient d'amplification réglable, et cela notamment de façon que le coefficient d'amplification de l'étage am- plificateur 9 diminue lorsque l'amplitude du signal en forme d'impulsion augmente, et inversement. Dans les deux cas, le signal sur la sortie 16 de l'étage amplificateur 9 est in- dépendant. dans une grande mesure des activités vasomotrices. C'est pourquoi le circuit permet de définir le signal en forme d'impulsion et la valeur précise de celui-ci indépen- damment des différences dans la transmission et des fluctua- tions dans les activités vasomotrices. De plus, à côté du signal en forme d'impulsion et sa fréquence, il est possible également de définir, par voie de mesure, la transmission dans l'endroit de mesure ainsi les activités vasomotrices (signaux sur les bornes 15 et 17). Par l'emploi d'une lumière émise sous forme d'impulsion, le fonctionnement du circuit est très indépendant de la lu- mière en provenance de l'entourage de l'endroit de mesure. Dans le cas o l'endroit de mesure peut être protégé dans une mesure suffisante par rapport à la lumière de l'environnement il est toutefois possible d'omettre l'engendrement d'impul- sions de lumière et d'utiliser, au lieu de ces impulsions, un faisceau de lumière à intensité constante. Cela simplifie fortement le circuit comme le montre la figure 2 représen- tant un tel circuit, les parties correspondantes des figures l et 2 étant indiquées par les mêmes références. On constate que dans ce cas, le générateur d'impulsion 1 peut être omis, et qu'au lieu de l'amplificateur à coeffi- cient d'amplification réglable, il est possible d'utiliser un simple amplificateur de tension continue à la sortie du- quel est raccordée la source de lumière. L'emploi d'un fil- tre passe-bande 5 n'est plus nécessaire, étant donné que lors de l'emploi d'un faisceau lumineux à amplitude constan- te sur l'endroit de mesure, la formation de signaux de bande latérale est impossible. Il va de soi qu'également l'em- ploi d'un démodulateur peut être omis. Le filtre passe- bande 9a isole par filtrage le signal en forme d'impulsion uniquement sur la base du signal de sortie du régulateur- PI 7. Le signal de sortie de l'élément de blocage de bande 22 fait alors office de signal d'entrée de l'amplificateur de tension continue 2. REVEND:ICATIONS 1.- Circuit pour mesurer la pulsation cardiaque d'une personne à l'aide d'une source de lumière commandée, d'un récepteur de lumière fournissant un signal de mesure cor- respondant à l'atténuation à laquelle donne lieu l'endroit de mesure, d'un filtre qui, sur la base dudit signal de me- sure, isole un signal en forme d'impulsion correspondant à la pulsation cardiaque et fourni à un dispositif de défini- tion de valeur, ainsi que d'un régulateur qui, en fonction du signal de mesure, commande la source de lumière de façon que la valeur moyenne du signal d'entrée du régulateur reste constante au moins approximativement, caractérisé en ce que ce circuit comporte un circuit de réglage (9, 10, 11, 20)- devant stabiliser l'amplitude du signal en forme d'impulsion comparativement aux fluctuations lentes de la modulation du signal de mesure, et que le signal ainsi stabilité en ce qui concerne son amplitude est fourni au dispositif de défi- nition de valeur (12, 13). 2.- Circuit selon la revendication 1, caractérisé en -ce que le circuit de réglage comporte un circuit de valeur moyenne (10) branché à la suite du filtre (9a) et fournis- sant un signal de sortie correspondant à l'amplitude moyenne sur plusieurs périodes du signal en forme d'impulsion. 3.- Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'entre le filtre (9a) et le circuit de valeur moyenne (10) est branché un amplificateur (9) dont l'amplification peut être commandée par le signal de sortie du circui-t de. valeur moyenne. 4.- Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal de sortie du circuit de valeur moyenne (10) et le signal d'un générateur de valeur de réglage (8) ser- vent ensemble de valeur directive pour le régulateur (7), et que la valeur directive ainsi formée augmente lorsque ladite valeur moyenne diminue. 5.- Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un autre circuit de définition de valeur est raccordé à la sortie du circuit de valeur moyenne (10).