Brevet FR2519223A1 — publié le 19830701

SURVEILLEUR DE VALEURS PHYSIOLOGIQUES PERIGDISEES OU SYSTEME S. V. P. P. La présente invention concerne un surveilleur de valeurs physioloolques périodisées dit SYSTEME S. V. P. P., réalisant un procédé de transmission et de réception à distance des paramètres électrophysiologiques d'un patient par multiplexage à voie téléphonique, en vue de réaliser la surveillance à domicile du malade. Au stade actuel de la transmission des données physiologiques du patient à un poste central, deux buts différents ont été poursuivis, donnant respec- tivement naissance à deux applications mises à profit avant la présente invention. Il s'agit d'abord de la transmission des données physiologiques à partir d'un moniteur de chevet du malade placé en milieu hospitalier, jusqu'à un poste central de surveillance situé dans le même milieu hospitalier c'est un "monitoring local". Le but poursuivi par le moyen est soit de constituer une banque de données, soit d'éviter des déplacements fréquents du personnel médical. La liaison entre le moniteur et le poste central est alors réalisée par câbles et s'exclut du champ d'application envisagé par la présente invention qui s'adresse à la surveillance à grande distance. Il s'agit ensuite d'un système de surveillance médicale à distance, notamment pour accidentés, mis au point par la Société dite Electronique Marcel DASSAULT, et breveté le 27 mai 1968 à 1'I. N. P. I. (P.V. n0 96.778.). Ce système utilise l'onde hertzienne (85.5 MHZ) pour moduler les données électrophysiologiques dans une bande de fréquence comprise entre 300 et 3 000 HZ. Il présente l'inconvénient de nécessiter un poste de relais pour assurer la réception de l'information de manière intelligible jusqu'à un poste centrez éloigné (hôpital), du fait d'un faible rapport signal sur bruit g trop6 aux paramètres physiologiques.Enfin, I'sroanisation de l'émission-réception des messages est tell que l'information intelligible reçue au poste de relais qui peut être libre cu non est interprétée par un non professionnel par liaison téléphonique, au personnel médical du poste central dont le standard peut n'être pas accessible : l'obstacle de la distance reste donc difficilement surmonté ou entier. Le cas échéant, la présente invention en est une application dan un domaine différent et nouveau. Le procédé de transmission et de réception des paramètres physiologiques par roseau général commuté assure la surveillance du patient à domicile en même temps qu'il permet la constitution d1une banque de données médicales en évitant les inconvénients des systèmes précédents. L'invention exclut de son champ d'application la conception d'appareillages de mesure (du type capteurs et moniteurs), de saisie ou de restitution de l'information traitée (du type MODEM, imprimantes ou toute sorte de terminaux constituant le système dit "time-sharing") dont le procédé se borne à valoriser loyalement les technologies. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif permettant de surveiller à distance les variations des paramètres électrophysiologiques et écologiques naturellement basses et moyennes fréquences, présentant des fluctuations dé phase et de fréquence, et noyés dans leur propre bruit et dans du bruit des appareils de mesure. Le dispositif conçu selon l'invention est un ensemble dit SURVEILLEUR DES PARAMETRES PHYSIOLOGIQUES OU SYSTEME S. V. P. P. constitué, à l'émission, par un DIFFUSEUR DE PERIODICITE PHYSIOLOGIQUE (D. P. P.) et, à la réception, par un DETECTEUR D'AMBIGUITE PHYSIOLOGIQUE (D. A. P.), opérant chacun le traitement des signaux en temps réel. L'organisation du procédé de transmission et de réception des données actuelles et passées à partir d'un interface de chevet jusqu'au poste central, est schématisée par la planche n0 1. L'organisation de la réception des paramètres au poste central et du "time-sharing" de l'information aux divers terminaux est illustrée par la planche n0 2. Le procédé de traitement des siqnaux au niveau de chacun des 32 interfaces de chevet, ainsi qu'à la réception. sera compris dans son principe et dans sa réalisation selon l'invention, en référence aux planches n0 3 et n0 6. Dans une forme de réalisation de l'invention, une stationpatient se compose au moins d'appareillages suivants dont certains figurent sur la planche n0 1 - un moniteur de chevet délivrant 6 fonctions physiclogiqies cecueillies sur le patient conforrï,ément aux normes médicales et aux usages pratiqués par le constructeur de tels équipements - un tiroir écologique comprenant d'une-part, une sonde et les moyens électroniques permettant de délivrer un signal traduisant le taux de psilu- tion de l'air environnant, d'autre part un capteur de bruit muni d'un dispositif électronique permettant de délivrer un signal traduisant l'intensité du bruit dans l'environnement immédiat du patient - un interface de chevet recevant les fonctions mesurées dans un compartiment à 3 étages, et commandant le fonctionnement de toute la station et la réalisation du traitement par le D.P.P. ; - un pupitre à 3 claviers connecté à l'interface Pour permettre l'entrée et le codage des messages émanant des personnels médicaux et techniques ou du patient ; - un modulateur-démodulateur (MODEM) à exploitation bidirectionnelle et alternée de la ligne téléphonique tantôt en régime télépor, tantôt en fogi- me de transmission de données, équipé d'un indicateur d'appel et branchu à la sortie du D.P.P. Selon l'invention, la transmission et la réception de l'information interviennent sous forme d'un dialoque à deux modes dont l'accès est signalé par un voyant vert allumé - un mode dit de données actuelles déclenché sur interrogation du poste central, suivie instantanément de la réponse de l'interface - un mode dit de données passées, déclenché automatiquement par la mémoire de l'interface opérant toutes les 60 minutes la lecture des messages stockés. Selon le premier mode de dialogue dit régime de données actuelles, l'information numérisée dans le convertisseur analogie-numérique (C.A.N.), puis traitée dans le D.P.P. attaque le MODEM qui la transmet instantanément au poste central. Ce régime représenté sur la planche n0 1 par des lignes court-circuitant la mémoire de l'interface, délivre une réponse permettant d'établir le dossier médical du patient en fonction de l'évolution continue de ses paramètres physiologiques. Il concerne également la transmission des valeurs issues des seuils interdits localisant des alarmes I et Il correspondar.,t à 75 X et 100 % des valeurs mesurées. Selon le second mode de dialogue dit régime de données passées, les signaux numérisés peuvent subir un traitement sur une durée plus longue, suivant les nécessités du programme de recherche. Les résultats du tra tement sont volontairement stockés dans la mémoire qui opère automatiquement la lecture dans le MODEM au bout d'une durée maximale de 60 minutes. Le régime assure aussi la transmission de tous les messages des personnels médicaux et techniques lorsque l'information ne présente pas un caractère d'urger~e. grâce aux multiplieurs d'interfaces du poste central montés -en cascade et présentant une tr--nsparence suffisante au regard des interfaces de chevet, les 32 postes-patients sont synchronisés par groupes de 4, ce qui permet d'accroître la durée de transmission des messages des interfaces du chevet, et donc l'intelligibilité de l'information reçue au poste central. Le premier problème résolu selon l'invention consiste à réaliser un procédé permettant d'attaquer le MODEM de l'interface de chevet au moyen d'un signal composite x(t) de période T, constitué par une composante périodique R (t) de période u, noyée dans un bruit b(t), dont on exige qu'il soit un bruit blanc durant le traitement dans le dispositif. De cette manière, la réponse de ce dernier ne comporte que la composante périodique et des fluctuations éventuelles pour tout régime du dialogue : d'où le problème de diffusion de périodicité des paramètres physioloqiques. Le second problème résolu selon l'invention consiste à faire subir au signal ainsi reçu par le MODEM du poste central, un nouveau traitement permettant d'identifier avec une précision et une finesse requises, d'une part le signal transmis, d'autre part ses moindres fluctuations de phase et de fréquence. La phase étant à la fréquence ce qu'est la position d'une cible mobile à sa vitesse, le problème est bien celui de la détection d'ambiquité des paramètres physiologiques à distance. L'ensemble des deux montages constitue un surveilleur des valeurs physiologiques périodisées à distance. Un procédé qui ne satisferait pas entièrement les conditions posées par le couple de problèmes résolus par l'in vention assurerait non pas de la surveillance médicale à distance, mais du "gardiennage de bruit rose", qui s'effectuerait plus rationnellement sans télé-monitoring, comme pratiqué par les maisons spécialisées. Le dispositif préconisé par l'invention dit Diffuseur de Périodicité Physiologique (D.P.P.) donne une solution au premier problème grâce à un traitement en temps réel du signal mesuré, selon le procédé illustré par la planche na 3. Selon le fonctionnement du dispositif, les 8 signaux physiologiques et écologiques mesurés, parviennent au D.P.P. les uns à la suite des autres, grâce à un conditionnement permettant de Ifs identifier par leur période T, T, ... T*, pouvant être une porte de largeur variable commandée par un potentiomètre, Jvn Im #'# .. .* L'un des signaux, x(t) de période T, pouvant s'identifier par exemple à 1'E. C. S., est numérisé dans un convertisseur analogie-numérique ;C.A.N.) à 8 seuils, donnant un codaqe à 4 digits. La sortie du C.A.N. est injectée dans le sélecteur multicanaux de 1in- terface de chevet, dont les éléments sont montés de manière à engendrer une mémoire circulante à n étages correspondant aux n canaux (n = 100) du sélecteur, permettait ainsi la génération d'un bruit blanc, et donc d'une composante périodique p(t) de période u, par échantillonnage de x(t) sur une durée 4 égale à la réponse O de la mémoire. La mémoire circulante est réalisée à partir du montage de la planche n0 3 dit registre à décalage, bouclé sur lui-même selon le procédé de l'invention, pour permettre la répétition par le circuit de n séquences décalage-transfertmultiplication-addition chaque fois que la mémoire est remplie. Ce cycle engendre automatiquement une composante périodique, de période nb , mobile sur toute la durée T du paramètre mesuré. Selon la réalisation du procéd#, la mémoire circulante comporte - une mémoire de mesure à 100 canaux de 4 digits (3 pour le module et 1 pour le signe) - une mémoire d'intégration de 100 mots de 20 digits, constituée par 100 canaux de la mémoire à tores différents de ceux utilisés pour la mémoire de mesure, avec chacune une capacité de 106 - un multiplieur à 2 tables de multiplication à diodes, multipliant entre eux des couples de mots de 4 digits - une mémoire tampon et un registre à décalage réalisés chacun avec des bistables et comportant un mot à 4 digits ; - les autres organes (horloge, additionneur, soustracteur, etc...) font partie du sélecteur multicanaux. Selon l'invention, la génération de la composante périodique P1 (t) s'opère en même temps que la réponse de la mémoire d'intégration, et donc la diffusion de périodicité du paramètre mesuré, par l'intermédiaire du seul registre à décalage. Celui-ci procure après chaque échantillonnage puis codage de x(t), un retard incrémental égal à la fréquence d'horloge, de telle sorte que le nombre d'éléments de retard est automatiquement égal au nombre n d'étages compatibles avec la précision et la finesse requises pour le dialogue. Le signal x(t) numérisé attaque simultanément la mémoire de mesure et le multiplieur. Les deux voies sont échantillonnées à la cadence Fe = /D, don- nant lieu à la sortie du multiplieur, à une série de valeurs Xx, Xt, ... Xn, qui sont rangées ensuite dans la mémoire de mesure, dans l'ordre d'arrivée. A ces valeurs correspondent e ,P1 , ... poéchantillons périodis#s à la fré- quencel# ==n , avec n le nombre d'étages occupés par la paramètre traité. Le dernier échantillon périodiss Pn est multiplié par Xn et le résultat est rangé dans le registre de rang 0 de la mémoire d1 intégration, correspondent ainsi à n = o, soit un retard nul. La même valeur Pn est multipliée par l'echantillon précédent Xn-t et le produit est rangé dans le registre de rang correspondant à n -4 et au retard @ -XL . Le cycle d'opération recommence jusqu'd l'échantillon Xn+i dont le produit avec Pn+t est ajouté au contenu du registre de rang 0 de la mémoire d'intéqration, et continue jusqu'à l'uti libation de toute la durée T du paramètre physiologique x(t). Selon le procédé de l'invention, à chaque intervention du décalage correspond une réponse e--## du Diffuseur de Périodicité, et au bout de n cycies de la mémoire circulante, le dispositif aura couvert toute la durée T ou signal. Dans la forme de réalisation du D.P.P., tout se passe comme si le système opère une self-génération de bruit blanc dont la fonction d'autocorrelation est un triangle isocèle de demi base 6 , correspondant à la réponse du D.P.P.. Sa durée optimale ( largeur de la base du triangle isocèle) est conditionnée par le choix du nombre n étages de la mémoire circulante, et par suite la période u de la composante périodique du paramètre mesuré sur sa durée totale T > > : avec T-U- > Tla mesure intervient en temps réel. La description du procédé selon l'invention ainsi que le principe du fonctionnement du D.P.P. sont illustrés par la planche n0 4. Tout se passe comme si du signal composite x(t), on avait extrait par le procédé de l'invention, sa composante P, (t) noyée dans du bruit, puis injecté x(t) et (t) respectivement dans une grille de multiplieurs et une grille de filtres de réponse impressionnelle égale à e , de manière à obtenir à la sortie des donnant l'autocorrélation de x(t) et (t), avec en exigeant que p (t) se superpose à p(t) dans l'intervalle OC tL U CL Dans la réalisation du procédé selon l'invention, le traitement du signal physiologique issu du Diffuseur ne nécessite plus d'interpolation# ea précision et la finesse d'analyse étant exprimées par une seule relation qui définit par ailleurs le réqime de dialogue avec N le nombre de mots. En régime de dialogue de données actuelles, la réponse du D.P.P. doit être instantanée. Pour cela, il faut avoir# çplus petit donc n plus grand. En régime de dialogue de données passées, T peut être choisi plus grand de manière à augmenter la dynamique du Diffuseur, la durée du traitement pouvant alors être plus longue, jusqu'à 4 minutes. Le dispositif selon l'invention, dit Détecteur d'Ambiguité Physioiogiqùe (D.A.P.) donne une solution à la détection des fluctuations de la phase et de la fréquence dues uniquement à l'évolution des paramètres physiologiques du patient dans le temps. Selon le procédé de l'invention, le dispositif permet de détecter l'évolution par dérive lente dans le temps, de la puissance mesurée sur la durée stationnaire du paramètre électrophysioloqique, par génération d'une composante périodique dont la fréquence 8/# se déplace sur le spectre du signal diffusé par l'interface de chevet. Dans la réalisation selon l'invention, le Détecteur d'Ambiguité Physiologique est conçu sous la forme d'un registre à décalage du type utilisé pour le D.P.P. (planche n0 3) dans lequel la m moire d'intégration délivre en fonction du nombre d'étages n, une réponse en fréquence g n déduite de la mesure temporelle par un simple jeu d'échelle. Le procédé permet ainsi. d'afficher à chaque instant la fluctuation de fréquence du paramètre diffusé, en mesurant la finesse d'analyse pour N = autour de la fréquence centrale 90 qui évolue lentement. Selon la réalisation du procédé, la seule détection de l'ambiguite permet d'être fixé sur la fiabilité du système de surveillance à distance, et par suite, sur la cause des fluctuations. Dans l'hypothèse d'un choix incompatible du nombre d'étages n trop grand, correspondant à une réponse trop lente du D.P.P., le spectre du signal accuse une allure de repliement, témoignant de l'apparition de points supplémentaires sur celui-ci, qui aurait dû s'annuler au point Le D.A.P. mesure alors une finesse d'analyse plus fadble. qui ne correspond plus à N : une telle fluctuation est étrangère au patient. Dans l'hypothèse contraire correspondant à une réponse trop rapide du D.P.P. due à une valeur trop faible n du nombre de séquences compatibles, le spectre s'annule avant le dernier point L#D.A.P. indique une finesse d'analyse excessive témoignant d'un rapport sional sur bruit trop faible .qu'il faut rétablir en fixant n du D.P.P. dans une limite compatible avec N affiché par le D.A.P. : une telle fluctuation serait aussi étrangère au paramètre surveillé. Le cas intermédiaire, correspondant à une réponse normale du D.P.P., caractzrise une utilisation correcte de la capacité du dispositif pour 'aquelle le nombre n de bistables se déduit automatiquement du nombre N de points affiché. Dans ce cas, le D;A.P. ne mesure que les fluctuations propres aux paramètres physiologiques du patient surveillé à distance. Selon le procédé de l'invention, une relation d'incertitude permet de mesurer par un raisonnement inverse, la finesse de mesure à l'échelle qui indique la cadence limite du D.P.P. compatible avec la finesse d'zrealyse affichée sur le D.A.P. du poste central. En particulier, cette limite permet la détection par le D.A.P. de seuils respectifs des alarmes AI et AR correspondant à l'intervention de l'apnée ou de la bradycardie, par exemple. Dans la forme de réalisation du Détecteur d'Ambiquité Physiologique selon l'invention, le fonctionnement de la mémoire circulante du poste central sera compris grâce à la représentation illustre par les planches rest t n0 6. Selon le schéma de la planche n0#, tout se passe comme si l'on itrodul- sait,dans le multiplieur de la mémoire circulante. d'une part le signal x(t), d'autre part, sa filtrée recueillie à la sortie d'une grille de "filtres suiveur' dont la largeur de bande tM se déplacerait sur le spectre de manière continue. La sortie de la mémoire d'intégration délivre une réponse qui mesure l1éner- entre XI (t) = x(t) le paramètre surveillé à distance x2(t) x2(t) = filtrée de x(t) A énergie Exg, donnée, le D.A.P. définit l'écart entre le paramètre surveillé x1 (t) et sa filtrée x2(t) qui se manifeste par une perte en rapport signal sur bruit due à l'ambigtiité entre ces deux grandeurs. Selon la réalisation préconisée par l'invention, la sortie de la mémoire d'intégration du Détecteur d'Ambiguité permet une représentation dans un plan temps-fréquence #C#,#)de la distribution du carré du paramètre surveillé (planche n0 6). En régime de dialogue de données actuelles, on fixe t = to , et le D.A.P. délivre une mesure E (te ,9 ) sur la voie frequencielle. En régime de dialogue de données passées, la mémoire peut délivrer les deux voies simultanément, suivant l'interrogation du poste central. Pour les valeurs des fonctions proches des niveaux interdits, l'interface de chevet diffuse les seuils d'alarme correspondant aux valeurs excessives mesurées. Grâce à un traitement numérisé des données, une erreur de 10 à 15 S sur l'amplitude des signaux suffit pour obtenir une surveillance des données avec une précision supérieure à 10 -3 avec le système S. V. P. P. LE SURVEILLEUR DE VALEURS PHYSIOLOGIQUES PERIODISEES, dit SYSTEME S. V. P. P. est un ensemble de deux dispositifs d'émission et de réception des données mesurées sur le malade surveillé à distance grâce au multiplexa- ge par réseau téléphonique. Le dispositif d'émission dit DIFFUSEUR DE PERIODICITE PHYSIOLOGIQUE situé dans l'interface de chevet permet la tXansmission par le MODEM de l'interface, des paramètres mesurés sur le malade et son environnement en régime soit de données actuelles, soit de données passées, grâce à un pro- cédé de filtrage adapté, réalisé par une mémoire circulante. Le dispositif de réception, dit DETECTEUR D'AMBIGUITE PHYSIOL0GIQbE assure le fonctionnement synchronisé des 32 postes ou interfaces de chevet, dont il contrôle le fonctionnement "compatible" à distance grâce à la mesure précise de l;énergie interaction entre le paramètre surveillé et sa fluctuation en fréquence. Le système permet d'apporter une contribution recherchée en vue du développement de la médecine à domicile et la prévention maladie dans le temps comme dans l'espace. Il permet d'assurer la surveillance continue à domicile des personnes âgées, des malades porteurs de stimulateurs et surtout des nourrissons présentant de l'apnXe. Grâce aux régimes de fonctionnement en données actuelles et passées, le surveilleur contribue à la constitution des banques de données fiables en vue du progrès de la recherche médicale. Enfin, par une extension du but en milieu hospitalier, le nouveau système contribue à une meilleure gestion du temps de travail des personnels médicaux qui peuvent se consacrer à d'autres occupations utiles. REVENDICATIONS 1. SURVEILLEUR DE VALEURS PERIODISEES, dit système S.V.P.P., caractérisé par le fait que l'interface de chevet du patient est équipé d'un dispositif dit Diffuseur de Périodicité Physiologique permettant de détecter et de diffuser la périodicité des paramètres surveillés en temps réel, soit en régime de données actuelles et en régime de données passées. 2. SURVEILLEUR DE VALEURS PERIODISEES, dit système S.V.P.P. selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le Diffuseur de Périodicité Physiologique réalise la mesure en temps réel, grâce à une mémoire circulante numérique, explorant le paramètre surveillé sur toute sa durée par une fenêtre de largeur réduite mobile sur toute la durée du signal 3q SURMEILLEUR DE VALEURS PERIODISEES, dit système S.V.P.P. selon la revendication-2, caractérisé par le fait que le choix de largeur "compatible" de la fenêtre mobile, fixé automatiquement par le nombre d'étages occupés par le par-être surveillé dans la mémoire circulante, est réalisé dès que le rapport signal sur bruit est optimal, ce qui garantit le critère d'une surveillance fiable sans plus avoir recours à la quantification. 4. SURVEILLEUR DE VALEURS PERIODISEES, dit système S.V.P.P. selon les revendicetions 1 et 3, caractérisé par le fait que le poste central du système est Bguigé d'un dispositif récepteur dit Détecteur d'Ambiguité Physiologique destiné à recevoir les paramètres diffusés par l'interface sous forme d'une information intelligible, et ne comportant que les caractér#s- tiques propres du patient surveillé à distance. 5. SURVEILLEUR DE VALEURS PERIODISEES, dit système S.V.P.P. selon la revendicAtion 4, caractérisé par le fait que le Détecteur d'Ambiguité Phy- siologique contrôle à distance le fonctionnement optimal de l'interface grâce à un nouveau traitement du signal reçu, effectué sur la mesure du taris -#el de l'énergie d'interaction entre le paramètre surveillé et ses fluctuatijns dans le temps et en fréquence, qui est une identification de l'ambiguité entre le paramètre et ses variations. 6. StJRVEItLEUR DE VALEURS PERIODISEES, dit système S.V.P.P. selon les revendicaticns 1 à 5, caractérisé par le fait que le procédé fournit solution originale aux nécessités de surveillance à distance tant à domicile qu'en milieux hospitaliers, contribuant dans le premier cas au développement fiable de l'hospitalisation à domicile, dans le second cas à une meilleure gestion des activités du personnel médical, et dans tous, à stimuler la recherche médicale grâce à la constitution d'une banque de données à exploitation multiple.