Brevet FR2541887A1 — publié le 19840907

La présente invention concerne un nouveau procé- dé et appareil pour la détection du travail du coeur, notamment des battements de celui-ci ; elle convient en premier lieu au comptage précis du pouls et peut également etre utilisée à la mesure de la tension artérielle. Bien qu'il existe des appareils, plus ou moins compliqués, pour l'examen du fonctionnement du coeur, la simple détermination du nombre de pulsations par minute, qui généralement se fait sans secours d'aucun autre appareil qu'une montre,reste un facteur important dans l'examen d'un patient. Si simple qu'elle puisse paraître, cette opération est souvent entachée d'erreurs ; c'est surtout le cas des pouls irréguliers ou faibles qui se sentent peu par simple contact. Il serait donc souhaitable de pouvoir compter les pulsations ou mesurer la tension à l'aide d'un dispositif éliminant le facteur subjectif de la personns qui effectue cette mesure. La présente invention réalise, d'une façon nouvelle, la détermination sûre et précise des mouvements et facteurs qui caractérisent le fonctionnement du coeur. Elle permet ainsi le comptage des pulsations au moyen d'un circuit électronique, sans que l'opérateur soit obligé de poser un doigt ou un élément sensible sur une veine du patient. Elle rend possible, en outre, ce comptage, même lorsque les pulsations sont très faibles ou/et irrégulières. Le principe du nouveau procédé réside en ce que la force et le rythme des pulsations cardiaques sont captés par la mesure de l'accélération induite au corpsdu sujet lui-mEme, par les coups de pompe que constitue le fonctionnement du coeur. On a en effet constaté, avec surprise, que le rythme cardiaque d'un sujet, placé sur un support, se répercute sur ce support par des efforts ou mouvements, si faibles soient-ils. En conséquence, le procédé suivant l'invention consiste à placer le sujet sur un support et à détecter les mouvements de celui-ci, dûs aux pulsations qui ont lieu dans le système vasculaire du sujet. Ces mouvements étant faibles, on les amplifie suivant l'invention, en les distinguant de façon appropriée des indications du poids et des fluctuations fortuites plus ou moins désordonnées du support sous le poids du sujet. Le support peut être avantageusement constitué par une balance. La détection des mouvements peut être réalisée par des moyens optiques et/ou opto-électroniques. Les pulsations, ainsi distinguées et amplifiées, peuvent être utilisées par tout moyen informatique, notamment enregistrées, après avoir été visualisées sur un cran ou/et traduites par des signaux sonores à l'aide d'un haut-parleur. Ce nouveau procédé peut être appliqué à un individu placé dans n'importe quelle position, sur le support ou balance#, la position verticale étant toutefois préférée; la force de pulsations s'exerce alors en sens opposé de la pesanteur. De ce qui précède, on voit que l'invention présente l'avantage de n'avoir pas besoin d'un capteur placé en un endroit précis du corps de l'individu, comme artère, lobe de l'oreille ou autre endroit, le capteur étant relié par fil ou par télémesure à un dispositif d'indication. Ce sont les indications des mouvements ou des efforts du support, sur lequel se tient le sujet, qui servent à l'obtention des informations voulues. Le nouveau dispositif, suivant l'invention, comprend un support rigide, présentant au moins un faible degré de liberté de mouvements, muni de moyens de traduction d'un effort en facteur électrique, ces moyens étant reliés, par des moyens de transmission de signaux électriques, à un système d'amplification qui, à son tour, aboutit à un ou plusieurs circuits électroniques pour le traitement des signaux amplifiés. Les moyens de traduction des efforts, ou de mouvements du support en signaux électriques, peuvent être des éléments connus pour la transformation d'une variation d'accélération en signal électrique, tels que capteurs de poids ou de force, ou des accéléromètres, par exemple à jauges électriques de déformation, résistives ou semi-conductrices, à éléments piézoélectriques, à transformateur différentiel ou autre moyen connu en soi. Les moyens de transmission des signaux électriques au système d'amplification peuvent être de tout type usuel ; ils peuvent comporter un pont de Wheatstone ou/et un ensemble connu sous la dénomination de microprocesseur. Le support rigide, sur lequel est placé le sujet, peut être une plaque ou, fort avantageusement, le plateau d'une balance ; cela peut être également un siège ou un lit. De préférence, le système électronique de l'appareil suivant l'invention comporte un filtre des interactions du poids du sujet et du pouls de ce dernier, il comprend également des circuits de triage pour isoler les signaux induits par le coeur et pour l'élimination d'impulsions parasites. Bien entendu, l'appareil peut être muni, à la manière connue dans la technique, de tous dispositifs de visualisation, d'affichage sonore ou/et numérique des signaux amplifiés, intéressants. L'invention est illustrée par la description de deux formes d'exécution particulières, représentées sur les dessins annexés. Fig.1 représente le schéma général d'une première forme d'exécution comportant l'affichage du pouls et celui du poids. Fig. 2 montre une variante du schéma précédent. Fig. 3 est un schéma des circuits des étages servant à isoler les signaux induits par les battements du coeur. Le schéma de la figure 1 correspond à une forme de réalisation d'un appareil suivant l'invention, permettant d'afficher le poids de la personne, ainsi que le rythme des pulsations du coeur de cette personne. En I se trouve une plate-forme de pesage, du type pèse-personne, montée sur des points d'appui, chacun comportant des jauges de contrainte. Les jauges sont montées en pont de Wheatstone dont les 4 branches sont figurées sur le dessin. Ce pont est alimenté par une tension continue. Les signaux, provenant des jauges de contrainte, sont amplifiés en Il ; le circuit Il est prévu pour amplifier les signaux dus au poids jusqu'à quelques volts, et ceux du coeur à une valeur de l'ordre de quelques millivolts. En III on trouve un étage tampon comprenant un amplificateur de faible gain, notamment de quelques unités seulement, ainsi que des moyens de réglage de mise à zéro et de calibration de l'affichage du poids. Le signal à traiter peut être considéré comme la somme algébrique de deux tensions ; une tension continue quasi stable, d'un niveau de quelques volts, et de tensions périodiques brèves, d'un niveau de la dizaine de mV, représentant les battements cardiaques. Pour traiter ces derniers signaux, il faut à la fois les amplifier et éliminer la composante continue, dont la signification "poids", a été traitée en amont. En conséquence, il est nécessaire d' amplifier préférentiellement les faibles niveaux de tensions et de fréquences élevées, au détriment des tensions élevées et de faibles fréquences de variations. Ainsi, de Il les signaux vont à l'étage IV qui est celui de triage, pour isoler les signaux induits par le coeur de la composante continue et/ou des variations lentes de celle-ci, pouvant être dues à des mouvements du sujet sur la plate-forme de pesage. Le circuit de cet étage respecte la synchronisation de l'identité des intervalles entre le signal du pouls, tel que détecté, et le signal de sortie. En V, est représenté un nouvel amplificateur permettant d'atteindre un niveau exploitable pour la mise en forme des signaux intéressants, soit environ 5 volts. L'étage VI de mise ensiforme fournit la sortie d'impulsions rectangulaires à front raide, sans rebond,en correspondance avec chaque impulsion d'entrée. En sortie de l'étage VI, afin de rendre sensibles les pulsations, visuellement et de façon sonore, on attaque une diode électro-luminescente LED, et un Haut-Parleur par l'intermé- diaire d'un ampli d'adaptation. Cela permet au sujet de contrôler aussi son immobilité, en effet, s'il bouge il entend et voit les impulsions parasites engendrées de ce fait. En VII se trouve l'étage de validation ; en effet, les circuits précédents ont effacé la composante continue, représentant le poids du sujet, ainsi que ses variations lentes, mais il reste la possibilité de passage d'impulsions parasites, dues par exemple par des mouvements brusques du sujet ou à l'environnement électromagnétique. Il faut donc repérer la régularité d'arrivée des impulsions avant de les prendre en compte. On utilise alors une horloge, par exemple d 5 kHz, et l'on mesure dans un premier compteur le nombre d'impulsions d'horloge rentrées entre deux impulsions sorties de l'étage de mise en forme VI. Ce nombre, représentant l'écart entre deux supposés battements, est mémorisé. Puis dans un 2ème compteur, on mesure le temps entre la 2ème et la 3ème impulsion.Si les deux nombres, alors comparés, sont semblables dans une fourchette déterminée,par exemple, si le 2ème temps n'est ni supérieur ni inférieur au 1er temps mémorisé, et ce à t 20% près, la mesure est validée et le cycle de comptage est poursuivi sur les x impulsions suivantes. Si la mesure est hors tolérance, les compteurs sont vidés, et un autre cycle est démarré. Lorsque sur les x impulsions choisies pour la mesure, tous les écarts ont été comparables,la sommation des temps est effectuée et la calcul autorisé. En VIII a lieu le comptage, le calcul étant ramené au nombre de pulsations par minute. Les résultats sont envoyés à l'affichage, sous la forme analogique sur un cadran, ou sous la forme numérique. On peut effectuer l'affichage direct, propre au pouls, ou en alternance avec l'affichage du poids. Dans la forme d'exécution suivant figure 2, un perfectionnement est apporté, afin de mieux préserver les signaux intéressants des parasites de l'environnement électromagnétique ; pour c#ela, l'alimentation du dispositif capteur, notamment du pont de Wheatstone de l'étage I, est effectuée par un générateur de signaux carrés lIa, à la fréquence porteuse de 1 kHz par exemple. Comme on peut le voir sur la figure 2, entre l'étage d'amplification Il et le point Sp, on a intercalé un détecteur et redresseur IIb du signal carré et, ensuite, un filtre passe-bas lic destiné à éliminer les signaux résiduels de la fréquence porteuse. Le reste du schéma est le même que dans la forme d'exécution de la figure 1. Les signaux induits par les battements du coeur ne représentent qu'environ un centième à quelques millièmes de la composante continue, due au poids de l'individu. En effet, pour un sujet pesant environ 75 kg, le signal du poids est de l'ordre de 15 mV, alors que les signaux induits par les battements du coeur, en soustraction du poids, ont une valeur de l'ordre de 50 #V. Il faut donc à l'étage Il une amplification forte, par exemple d'un gain de 100 à 200. Bien que les circuits électroniques, utilisés dans les différents étages de l'appareil, indiqués plus haut, puissent être de type connu en soi, combinés d'une manière nouvelle avec un dispositif de pesage, on donne, ci-après - à titre d'exemple non limitatif - la description de quelques-uns de ces circuits. Ainsi, sur la figure 3, on voit le schéma d'une forme d'exécution particulière des étages IV et V importants pour le triage et l'isolement des pulsations faibles dues au travail du coeur. La partie du schéma comprenant les repères 1 à 10 constitue l'étage IV, tandis qu'à l'étage V se trouvent les éléments 11 à 26. L'étage IV, par l'effet du circuit intégrateur 1-2-3 permet de ne pas amplifier les variations lentes par contre, il laisse à l'ampli 9 la faculté de multiplier d'un facteur 10 environ les variations de très courte période du signal d'entrée. L'étage V joue un rôle du même genre, à ceci près que sa fonction est de plus de ramener la composante continue (poids) aux alentours du zéro, et d'inverser la polarité des impulsions. Par contre-réaction sur l'entrée de 12, il affaiblit considérablement la composante continue, mais laisse passer quasi iqtégralement les variations rapides, les amenant par amplifications au niveau de 5 volts à la sortie. Sur la figure 3, la résistance 1 et la capacité 2 composent un circuit intégrateur qui filtre le signal entrée en E, ne laissant passer que la composante continue dont le niveau peut être de quelques volts. La constante de temps du circuit 1-2 (RC) est choisie élevée devant la durée de l'impulsion à traiter. Le signal, ainsi filtré, est appliqué à l'amplificateur opérationnel 4, dont la résistance 5, montée entre ses entrée - et sortie, lui confère un gain unitaire, ainsi qu'une très haute impédance d'entrée qui présente l'intérêt de préserver l'effet du circuit RC en l'isolant de l'aval du montage. Les résistan ces 3 et 5 sont de même valeur, afin. d'équilibrer les courants d'entrée dans l'amplificateur 4. L'ensemble amplificateur, constitué tel que décrit par 3, 4 et 5, a pour rôle de rendre le signal sorti de 1,2 (RC), indépen#dant des caractéristiques d'entrée de l'ampli différentiel 9. Dans le montage de ce dernier, les résistances 6 et 7 d'une part, et 8 et 10 de l'autre ont des valeurs égales ; le gain est défini par le rapport des résistances 7 sur 10. On trouve donc en E6 le signal tel qu'en "E", et en E7 ce même signal, dont ont été soustraites les impulsions d'origine cardiaque. En conséquence le montage d'amplification différentielle 6-7-8-9-10 amplifie la différence entre ces deux signaux, c'est-à-dire les impulsions cardiaques. Néanmoins, la réponse de 1-2 (RC) étant lente, il peut subsister des ondulations de faible amplitude de la composante continue, et il est nécessaire, pour faciliter la mise en forme des signaux, que le niveau continu résiduel soit à la fois stable et le plus proche possible du zéro. D'où l'intérêt de l'étage V. Dans celui-ci, le dir- cuit d'amplification, constitué par l'amplificateur opérationnel 12 et les résistances 11, 13 et 14, a un gain déterminé par le rapport des résistances 13 sur 11. Pris isolément, cet amplificateur n'est pas sélectif, il-amplifie de façon identique tous les phénomènes compris dans sa bande passante. En l'occurence, la résiduelle continue serait amplifiée de la même façon que les impulsions cardiaques. Or, il est nécessaire à la fois de ramener au plus près de zéro la résiduelle continue, et d'amplifier encore les impulsions cardiaques. Pour ce faire, le circuit intégrateur (filtre passe-bas), constitué par la résistance 15 et la capacité 16 a pour effet d'affaiblir le niveau des phénomènes rapides. Le montage d'amplification à gain unitaire 17 18 et 19, joue le même rôle de préservation vis-à-vis de RC 15-16 que l'ampli 3-4-5 dans l'étage IV vis-à-vis de RC 1-2. En cascade, et pour renforcer l'effet de RC 15-16, un circuit RC est constitué par la résistance 20 et la capacité 21. Dans le montage d'amplification 22-23-24-2526, le montage de la capacité 25 en parallèle sur la résistance 24, en réglage du gain de l'ampli 23, fait que ce gain est élevé pour les tensions continues, et d'autant plus faible que les fréquences a son entrée sont élevées. Le signal qui en sort, ajusté par la résistance 27, amène donc en S27 une contre tension qui s'oppose à la tension sortie de la résistance 11 en S11. Il en résulte une très faible contre-réaction pour les variations rapides, et, par contre, une très forte contre-réaction pour le continu. On voit ainsi que les signaux continus, dus au poids du sujet, fortement amplifiés, subissent une forte contre-réaction dans l'amplificateur 12, et sortent affaiblis. Au contraire, les fréquences élevées rencontrent une faible contre-réaction en 12 et en sortent amplifiées, ce qui permet d'avoir, à la sortie S les signaux continus, à variations lentes, ramenés au niveau O, tandis que les variations rapides sont fortement amplifiées ; ces dernières peuvent ainsi être amenées, par exemple, à un niveau de l'ordre de 5 volts. Un exemple numérique d'application de l'invention est donné sous une forme graphique sur la figure 1. Au dessous des éléments du schéma d'appareil on a tracé des courbes représentant les variations de la tension mesurée en différents points de l'appareil. Il s'agit de la détection du pouls d'un patient pesant 75 kg, debout sur un pèse-personne I reposant sur 3 points d'appui équipés de jauges de contrainte montées en pont de Wheatstone sous tension électrique continue. Les flèches doubles indiquent les tensions repré sentant les poids du patient, tandis que les courbes d' oscillations correspondent aux battements du coeur détectés. On voit qu'au départ, en I, le poids donne un signal de 15 mV et le coeur 50 iiV ; après l'amplificateur Il on trouve respectivement 3V et 10 mV et, après l'étage IV 3V et 100 mV. A la suite de l'étage V le signal du poids est ramené à 0,1 V, alors que les pulsations du coeur arrivent au niveau de 5V avec changement de polarité. Enfin, après la mise en forme en VI, le signal du poids est annulé, tandis que celui du coeur, de 5V, apparait sous la forme d'une onde carrée, de comptage, visualisation ou/et audition aisée. La description qui précède est faite pour le cas particulier de la détermination du pouls d'un sujet vivant qui peut, naturellement, être humain ou animal. Cependant, comme l'amplitude du principal signal détectable est fonction de la pression systolique, il est possible, après étalonnage et prise en compte du poids de l'individu, de déterminer les pressions systoliques et diastoliques à l'aide de l'appareil suivant l'invention. Une application particulière consiste à équiper un lit de malade d'un appareil suivant l'invention pour pouvoir suivre les variations du rythme cardiaque, et-éventuellement de la tension artérielle, avec le temps, sans faire lever le malade et sans lui imposer une contrainte d'un brassard de mesure ou autre. En enregistrant les variations du rythme cardiaque, au moyen de l'appareil suivant l'invention, il est possible de suivre l'influence de différents facteurs, psychiques ou/et physiques, sur ce rythme ; cela peut avoir de l'utilité en médecine, en psychologie, psychophysiologie, criminologie, etc. On peut, par exemple, peser un fauve dans sa cage et compter son pouls sans le toucher, le support suivant l'invention étant posé dans la cage. REVENDICATIONS l. Dispositif pour la détection des battements du coeur d'un sujet, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mesure de l'accélération induite au corps du sujet par ces battements. 2. Dispositif suivant la revendication l, caractérisé en ce que les dits moyens sont optiques. 3. Dispositif suivant la revendication l, caractérisé en ce que les dits moyens sont solidaires d'un support rigide, sur lequel est placé le sujet. 4. Dispositif suivant une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens électroniques pour annuler les signaux à variations lentes, qui accompagnent ceux des battements du coeur. 5. Dispositif suivant une des revendications i à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un support rigide, présentant au moins un faible dégré de liberté de mouvements, muni de moyens (I) de traduction d'un effort en facteur électrique, ces moyens étant reliés, par des moyens de transmission de signaux électriques, à un système d'amplification (Il) qui aboutit à un ou plusieurs circuits électroniques (IV-VIII) pour le traitement des signaux amplifiés. 6. Dispositif suivant la revendication 5, dans lequel les moyens de traduction des efforts ou mouvements du support en signaux électriques sont des capteurs de poids ou de force, ou bien des accéléromètres0 notamment à jauges électriques de déformation0 résistives ou semi-conductrices, à éléments piézoélectriques ou à transformateurs différentiels. 7. Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, ca-ractérisé en ce que les moyens de transmission des signaux électriques comportent un pont de Wheatstone. 8. Dispositif suivant une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le support rigide est une plaque, un siège ou un plateau de balance monté sur des. points d'appui équipés de jauges de contrainte. 9. Dispositif suivant une des revendications 4 à 8; caractérisé en ce que son système électronique comporte des étages de triage (IV et V) et d'isolement des signaux amplifiés, intéressants, où les signaux à variations lentes sont annulés, tandis que ceux des pulsations du coeur sont encore amplifiés. 10 . Dispositif suivant une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de visualisation, de sonorisation ou / et d'affichage numérique.