Brevet FR2534133A1 — publié le 19840413

Appareil enregistreur de courants électriques variables de faible intensité, notamment électrocardiographe. La présente invention a pour objet un appareil enregistreur de courants électriques variables de faible intensité, notamment un électrocardiographe, comprenant des moyens d'entratnement d'un support d'enregistrement a une vitesse prédéterminée, des électrodes de prélevement d'un signal à enregistrer et un amplificateur d'entrée des signaux fournis a partir des électrodes. Les électrocardiographes se donnent pour mission le tracé en coordonnées X-Y, du courant musculaire (myogramme) lié aux contractlons du myocarde (muscle cardiaque). L'etude de ce tracé permet l'analyse des affections du myocarde et la détection des troubles du rythme. Les électrocardiographes connus comprennent deux ensembles principaux constitués d'une part par un scripteur qui comprend un galvanomètre à plume ou a jet d'encre, et d'autre part par une base de temps qui est réalisée par le défilement du papier a vitesse ri goureusement constante, la vitesse de défilement pouvant éventuellement être sélectionnée parmi plusieurs vitesses standard. En fonctionnement, le scripteur de l'elec- trocardiographe inscrit en ordonnée une déviation qui est directement proportionnelle à l'intensité du courant électrique observé et la vitesse de sa variation permet d'observer, grace à la constance du déplacement en abcisse, les éventuelles variations de vitesse du myocarde dans ses dépolarisations et repolarisations. Par exemple, avec un calibrage de lmV/cm, il est facile d'apprécier le temps qui s'est écoulé pour une monté de lcm. Un ralentissement de la vélocité du signal QRS indique une lenteur anormale dans la dépolarisation ventriculaire gauche (QRS large). Les électrocardiographes constituent ainsi des appareils qui sont extrêmement utiles pour les cardiologues ou omnipraticiens. Les appareils existants présentent cependant de nombreux inconvénients. Ainsi, ils sont généralement coûteux, volumineux, lourds et souvent d'un maniement délicat. Par suite, ils se prG- tent mal a un transport systématique par un praticien appelé à intervenir a domicile chez un malade. Un inconvénient majeur des systèmes existants réside dans le fait qu'ils utilisent des galvanomètres qui, compte tenu du faible niveau des courants à observer, présentent une faible inertie et sont fragiles Ceci implique l'utilisation de systèmes à plu#mes extra légères montées en position équilibrée sur l'axe galva nométrique de telle façon que le couple d'entraînement de la plume soit minore et que la constante de temps de réponse soit la plus brève possible. L'inscription sur papier est réalisée par thermoréaction et l'extrémité de la plume doit être chauffée par le passage d'un courant de forte intensité, de l'ordre de 3 a 4 ampères. Outre la fragilité et la complexité de ces systèmes, la nécessité de courants forts pour chauffer les plumes implique l'utilisation de batteries d'accumulateurs particulièrement lourdes, ce qui est un handicap sérieux pour un appareil portatif. On connait également des blectrodardio-- graphes utilisant des systèmes d'inscription à jet d'encre. Selon ces systèmes, les particules d'encre sont chargées électriquement et déviées à l'intérieur d'un champ électrostatique. De tels systèmes sont également complexes et requierent la présence de différences de potentiel de déviation très élevées1 de l'ordre de plusieurs kV. La présente invention vise précisément à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un appareil enregistreur, adapté notamment â l'enregistrement d'électrocardiogrammes, qui soit a la fois peu volumineux, léger, robuste, simple de conception et d'utilisation et bon marché, de manière à constituer un appareil portable pouvant être facilement intégré à l'équipement d'un médecin généraliste. Ces buts sont atteints grâce à un appareil enregistreur du type défini en tette de la description, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'asservissement relié à l'amplificateur d'entrée pour commander un moteur a courant continu a faible inertie, en fonction du signal à enregistrer, et en ce que les moyens d'inscription comprennent une réserve d'encre, un tube capillaire et une pointe feutre et sont montés sur l'ensemble motoréducteur associé audit moteur a courant continu. Avantageusement, le circuit d'asservi-sse- ment de l'appareil comprend un pôtentiomètre de recopie, monté directement sur l'axe des moyens d'inscription, pour fournir une tension Vr qui est a tout instant l'image de la position mécanique des moyens d'inscription, et des moyens de comparaison de ladite tension Vr avec la tension Vc de commande du moteur a courant continu a faible inertie afin de réaliser une commande proportionnelle dudit moteur. De façon plus particulière, le circuit d'asservissement comprend un amplificateur d'écart inverseur à grand gain destiné à réduire l'écart entre la tension Vr fournie par le potentiomètre de recopie et la tension Vc de commande du moteur, l'amplificateur d'écart déterminant la précision du système suiveur cons titubé par le moteur et s-on circuit d'asservissement. L'appareil selon l'invention peut être utilisé comme électrocardiographe monopiste et comprend alors un circuit de commutation d'électrodes et un oscillateur de calibrage associé au circuit de commutation d'électrodes. On notera que l'appareil enregistreur selon l'invention, grace à l'utilisation d'un ensemble d'inscription incorporant un crayon feutre, évite l'uni lisation de plumes fragiles et de systèmes d'inscription par thermoréaction. Par suite, il test plus nécessaire d'adjoindre au système de lourdes batteries d'alimentation. La présente invention ne fait pas non plus appel aux complexes systèmes d'inscription à jet d'encre, mais met en oeuvre un système d'écriture qui est à la fois simple, fiable et peu coûteux. La robustesse de l'appareil selon l'invention est encore accrue par le fait qu'il n'est pas utilisé de système a galvanomètre, mais au contraire un système incorporant un moteur a courant continu a faible inertie Un tel type de moteur électrique présente une constante de temps de démarrage très petite et, de ce fait, peut être lancé à grande vitesse (pour la montée d'une onde R par exemple), et stoppé rapidement par l'envoi d'une force contre électromotrice (au sommet d'une onde R par exemple), puis lance très rapidement dans l'autre sens (pour la descente d'une onde R par exemple). D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui fait suite d'un mode particulier de réalisation, en référence au dessin annexe, sur lequel - la Figure 1 est une vue synoptique des différents circuits d'un électrocardiographe selon l'in invention, - la figure 2 est un diagramme montrant les diverses commutations réalisées entre les électrodes d'un électrocardiographe monopiste, - la figure 3 est une vue schématique de l'agencement mécanique des moyens d'inscription dans un électrocardiographe selon l'invention, - la figure 4 est un schéma de détail des circuits d'entrée de l'électrocardiographe de la figure 1, - la figure 5 est un schéma de détail de l'oscillateur de calibrage de la figure 1, - la figure 6 est un schéma de circuit régulateur de tension, - la figure 7 est un schéma de détail des circuits de commande du moteur d'entraînement du papier, et - la figure 8 est un schéma de détail d'un circuit d'asservissement du moteur d'entraînement des moyens dtinscription de l'électrocardiographe de la figure 1. On voit sur la figure 1 le schéma synoptique d'un électrocardiographe monopiste conforme à l'invention, avec un circuit 1 de commutation relié a plusieurs électrodes BD, BG, JG, JD et VPC de prélève-# ment d'un signal représentant un courant musculaire lié aux contractions du myocarde. Comme on peut le voir sur les Figures 2 et 3, le circuit de commutation 1 permet de dériver des signaux différentiels D1, D2, D3, VR, VL et VF à partir des différentes électrodes BD, BG, JG, JD et VPC. Ces différents signaux différentiels sont ensuite appliqués à un amplificateur différentiel d'entrée 2 dont la sortie est reliée à un circuit d'asservissement 4 associé à un moteur à courant continu 5 dont le rotor est solidaire de moyens d'inscription il. A titre d'exemple, les signaux différentiels D1, D2, D3, VR, VL et VF sont dérivés de la façon suivante à partir des signaux fournis par les électrodes BD, BQ, JG et JD.: Dl = BD - BG D2 = BD - JG D3 = JG - BG VR = BD - JD VL 9 BG - JD VF = JG - JD Le signal differentiel PC correspond à VPC - JD, ou VPC est l'électrode précordiale dont la position peut varier pour fournir differents signaux PC1, PC2 ... correspondant à des précordiales différen- tes. On notera que l'invention peut s'appliquer à la prise en compte d'autres signaux de faible in densité que les signaux fournis à partir des électrodes précitées, et que le commutateur 1 peut ainsi présenter des configurations différentes. Comme on peut le voir sur la figure 3, les moyens d'inscription Il associés au moteur 5 a faible inertie comprennent un support monté sur le rotor du moteur 5 a courant continu et définissant une réser- ve d'encre 14 prolongée par un tube capillaire 13 associé à une pointe feutre 12. Le rotor du moteur 5 est soumis en fonction des signaux fournis par les électrodes a des mouvements d'oscillation transversaux par rapport au sens de défilement de la bande de papier 100 qui est elle-même entraînée de façon constante dans un sens prédéterminé par un moteur pas à pas 9. Afin de permettre des observations comparatives, un oscillateur de calibrage 3 est également as socié au commutateur 1. Les circuits électroniques de commande du moteur pas à pas 9 sont eux-mêmes classiques et comprennent un oscillateur à quartz 6 suivi d'un circuit diviseur- 7 et d'un circuit séquenceur à quatre phases 8, un sélecteur de vitesse de défilement 10 pouvant en outre être interposé entre le circuit diviseur 7 et le circuit séquenceur 8. Les différents circuits électroniques seront décrits de façon plus détaillée en référence aux figures 4 à 8 qui correspondent à un mode particulier de réalisation. La figure 5 montre un oscillateur de ca- librage 3 dont la sortie est reliée a une borne de calibrage du commutateur 1, et qui peut entre bloqué par un interrupteur 34. L'oscillateur de calibrage 3 peut être adapte pour fournir par exemple des impulsions d'amplitude lmV, et de largeur 100 ms avec une fréquence de 1Hz. L'oscillateur de calibrage 3 est b & i autour d'un amplificateur opérationnel 31 et comprend une paire de condensateurs 35,36 montés en série entre la masse et l'entrée inverseuse du circuit 31. Un premier potentiomètre 38 et une résistance 131 montés en serine sont également connectés entre l'entrée inverseuse et la sortie du circuit 31. Un second potentiomètre 39 et une diode 37 sont en outre montés en parallèle sur le premier potentiombtre 38. L'entrée non inverseuse du circuit 31 est en outre reliée d'une part à la masse par une résistance 32 et d'autre part a la sortie du circuit 31 par une résistance 33.Un ensemble de résistances 132,135, 136 et un potentiomètre 137 disposés a la sortie du circuit 31 constituent un pont diviseur pour la borne B de prélèvement du signal de calibrage. Deux diodes de protection 133, 134 sont en outre montées tetebêche entre le point commun des résistances 132, 135 et la masse. La figure 4 représente les bornes de prélèvement BD, BG, JG, JD et VPC et leurs liaisons au sein du commutateur 1, ainsi que l'amplificateur d'entrée 2 relié au commutateur 1. L'amplificateur d'entrée 1 est constitué par un amplificateur différentiel a entrée symétrique comprenant deux amplificateurs opérationnels d'entrée 201, 201 sur les entrées non inverseuses desquels sont appliqués par l'intermediaire de résistances 204, 205 les signaux différentiels å amplifier, un troisième amplificateur opérationnel 203 auquel est adjoint un potentiomètre 217 de réglage du taux de :s- jection, et un circuit de contre-réaction comprenant un quatrième amplificateur opérationnel 220.Des résistances 207 a 211, 213,214,216,218, 221 a 223, 228 a 231, des condensateurs 206,212,215 et 219 et des diodes de limitation 224 à 227 sont associés de façon classique aux amplificateurs opérationnels 201,202,203 et 220. L'amplificateur d'entrée 1 est relié par l'intermédiaire d'un potentiomêtre extérieur 232 de réglage de gain au circuit 4 d'asservissement du moteur 5 Ce circuit d'asservissement 4 comprend (fig.8) un amplificateur-adapteur d'impédance constitue par un amplificateur opérationnel 235 associé a des résistances 231 a 234. Le signal issu de l'amplificateur 235 est appliqué par l'intermediaire d'un potentiomètre de tarage 236 et de résistances 52, 53 à l'entrée inverseuse d'un amplificateur d'écart inverseur a grand gain 51. L'entrée inverseuse de l'amplificateur d'écart 51 est également reliée a la sortie 180 de la boucle d'asservissement par l'intermédiaire d'un potentiomètre 142 de réglage du gain de boucle et d'une résistance ajustable 59 associés respectivement à une résistance 141 et un condensateur 58. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur d'écart 51 reçoit un signal fonction des positions d'un potentiomètre de recopie 41 et d'un pot#entiomètre de cadrage 45 associés a un circuit inverseur 42, à des résistances 43, 44, ainsi qu'a deux diodes de Zener 46, 48 dont les anodes sont reliées à la masse et les cathodes reliées respectivement à l'alimentation positive et a l'alimentation négative par des résistances 47, 49 respectivement La sortie de l'amplificateur d'écart 51 est appliquée a un montage du type push-pull comprenant deux paires de transistors 145,146 et 175,176 associées a des diodes de compensation 147, 177 et des résistances de polarisation 143, 144, 148, 149, 173, 174, 176, t79 et 140 selon un montage classique. La borne du moteur 5 non reliée a la sortie 180 du montage push-pull# est reliée par l'intermédiaire de résistances 54, 55, 56, 57 assurant un amortissement a l'entrée non inverseuse de l'amplificateur d'écart 51. Les moyens d'inscription il solidaires du rotor du groupe moto-réducteur 5 a faible inertie sont déviés en fonction des signaux qui ont été appliqués par le commutateur 1 à l'amplificateur d'entrée 2 et par suite ont servi à la commande des circuits d'asservissement 4. Compte tenu de la nature du moteur a courant continu 5 et de ses circuits d'asservissement, il est possible d'utiliser des moyens d'inscription relativement lourds tels que ceux représentés sur la figure 3. Afin d'éviter que les moyens d'inscription, qui transcrivent l'évolution des signaux présents sur les électrodes, enregistrent des tracés erronés en cas de défaillance des sources d'alimentation électrique (piles ou batteries) associées aux circuits électroniques, un circuit 15 assurant une mise hors service du moteur 5 lorsque la tension d'alimentation descend endessous d'une valeur limite prédéterminée, est avanta- geusement adjoint aux circuits 1 a 5 de la figure 1. Un exemple de circuit déclencheur 15 est représenté sur la figure 6. Le c-ircuit dêclencheur 15 est bati autour d'un circuit intégré 151 associé à un condensateur 152 et permet un-affichage au moyen d'une diode électroluminescente 153 lorsque la tension d'alimentation devient insuffisante. Un circuit régulateur de tension classique associé au circuit limiteur 151 comprend un transistor de commande 157 dont l'espace émetteur-collecteur est monté en série avec la source d'énergie un untransistor de comparaison 160 dont le colleys teur est relié par une résistance 159 a la base du transistor de commande 157, et un élément de référence constitué par une diode de Zener 165. Une résistance 158 est connectée entre l'émetteur et la base du transistor 157.L'émetteur du transistor 160 est relié a la masse par l'intermédiaire de deux diodes 161, 162 montees en série. La base du transistor 160 est reliée a l'émetteur du transistor 157 par le montage série d'une résistance 154 et de l'ensemble d'une diode 155 et d'un condensateur 156 montés en parallèle. La base du transistor 160 est par ailleurs connectée à la prise réglable d'un potentiomètre 164 monté en série avec deux résistances 163 et 166 entre la masse et la borne de tension régulée V+ alimentation. La diode de Zener 165 est elletméme connectée entre cette borne V+ alimentation et le point commun entre le potentiomètre 164 et la resistance 166 reliée a la masse. La figure 7 montre un exemple de circuits d'alimentation des phases d'un moteur 9 d'entraînement d'une bande de papier selon une direction perpendiculaire a la direction des mouvements d'oscillation des moyens d'inscription associés au rotor du moteur 5. Les circuits de commande de l'avance du moteur d'entraine- ment du papier comprennent un oscillateur de référence 6 comportant un cristal de quartz 63 associé a un condensateur 66 et deux transistors 61, 62 montés en multi vibrateur. Le cristal de quartz 63 est relié entre la base du transistor 61 et le collecteur du transistor 62 tandis que le condensateur 66 est lui-même connecté entre le collecteur du transistor 61 et la base du transistor 62. Les résistances 64 et 67 sont connectées entre la base et le collecteur des transistors 61 et 62 respectivement.Les collecteurs des transistors 61 et 62 sont en outre reliés a des résistances de polarisation 55, 68 respectivement. Un circuit diviseur 7 et un sélecteur 10 permettent de choisir une vitesse particu lière de défilement de la bande de papier parmi plusieurs vitesses possibles. Un circuit de commande 8 constitué par une bascule maitre-esclave 81 associé a des portes NON ET 82 a 85 constitue un séquenceur quatre phases permettant l'alimentation des quatre phases T 1 T 4a du moteur par l'intermédiaire de transistors 90 a 93 dont les bases sont connectées aux sorties des portes NON ET par des résistances 86 a 89 respectivement et les collecteurs sont reliés a l'alimentation V+ par des diodes 94 a 97 respectivement. REVENDICATIONS 1. Appareil enregistreur de courants élec- triques yariables de faible intensité, notamment él-ectro- cardiographe, comprenant des moyens (6a10) d'entraine- ment d'un support d'enregistrement a une vitesse prédé- terminée, des électrodes de prélèvement d'un signal a enregistrer et un amplificateur d'entrée (2) des signaux fournis a partir des électrodes, c a r a c t é r i s é en ce qu'il comprend en outre un circuit d'asservissement (4) relié a l'amplificateur d'entrée (2) pour commander un moteur a courant continu a faible inertie (5), en fonction du signal a snregis- trer, et en ce que les moyens d'inscription (11) comprennent une réserve d'encre (14), un tube capillaire (13) et une pointe feutre (12) et sont montés sur l'ensemble moto réducteur associé audit moteur a courant continu (5). 2. Appareil enregistreur selon la xeven- dication 1, caractérisé en ce que le circuit d'asservîs- sement (4) comprend un potentiomètre de recopie (41) .monté directement sur l'axe des moyens d'inscription, pour fournir une tension Vr qui est a tout instant l'image dela position mécanique des moyens d'inscription, et des moyens de comparaison de ladite tension Vr avec la tension Vc de commande du moteur à courant continu à faible inertie afin de réaliser une commande proportion nelle dudit moteur (5). 3. Appareil enregistreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement comprend un amplificateur d'écart inverseur à grand gain (51) destiné à réduire l'écart entre la tension Vr fournie par le potentiomètre de recopie et la tension Vc de commande du moteur, l'amplificateur d'écart (51) déterminant la précision du système suiveur constitué par le moteur (5) et son circuit d'asservissement (4). 4. Appareil enregistreur selon l'une quelconque des revendications i à 3, caracterise en ce que l'amplificateur d'entrée (2) est un ampliflcatu différentiel. 5. Appareil enregistreur selon l'une quelconque des revendications 1- à 4, utilisé en tant qu'électrocardiographe monopiste, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (1) de commutation d'electrodes et un oscillateurde calibrage (3) associé au circuit de commutation d'électrodes (1). 6. Appareil enregistreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (15! de détection du niveau de tension fourni par les piles d'alimentation des circuits électroniques de commande du moteur (5) associé aux moyens d'inscription et du moteur (9) d'entraînement du support d'enregistrement.