Brevet FR2552651A1 — publié le 19850405

Cette invention concerne de manière générale un stéthoscope du type utilisé par un médecin pour écouter des signaux faibles, les battements du coeur par exemple, et plus particulièrement un stéthoscope de sensibilité accrue pour séparer des signaux faibles que l'on désire écouter de signaux parasites (signaux que l'on ne désire pas écouter) plus forts venant de l'environnement. Les stéthoscopes fonctionnant entièrement selon des principes acoustiques sont bien connus dans l'art Ces instruments comprennent un ou plusieurs récepteurs de sons ou têtes acoustiques qui sont appli10 qués sur le corps et deux écouteurs qui sont insérés dans les oreilles de l'utilisateur Un tube, généralement en caoutchouc, a,: e le couplage acoustique entre les têtes et les écouteurs. L'emploi de ces instruments dans la détection des battements du coeur est compliqué par des bruits corporels dus à la res15 piration et à d'autres activités de l'organisme De tels bruits peuvent être nettement plus forts que le battement du coeur que l'on désire écouter Pour cette raisan, la personne qualifiée médicalement utilisant le stéthoscope demande généralement au sujet d'inspirer profondément puis de retenir sa respiration pendant l'auscultation. 20 Les bruits pulmonaires et de respiration sont ainsi diminués, de sorte que le battement du coeur est plus facile à distinguer des autres bruits émis par l'organisme. Cependant, il n'est pas toujours possible de faire en sorte que le sujet retienne une inspiration profonde pendant que 25 le membre du corps médical écoute le battement du coeur Cela est le cas par exemple lorsqu'on désire écouter les battement du coeur d'un foetus; il est également fréquent que le sujet soit dans le coma donc incapable de donner suite à des demandes En pédiatrie et en gériatrie, il arrive souvent que le sujet ne puisse pas retenir sa 30 respiration ou ne puisse pas la retenir pendant le temps désiré. Dans les examens d'animaux également, il n'est pas possible d'éliminer facilement les bruits pulmonaires Les divers autres bruits de l'organisme sont donc restés un problème dans l'emploi d'un stéthoscope pour écouter les battements d'un coeur. Il existe donc un besoin pour un stéthoscope de construction et d'emploi simples qui soit capable d'isoler les signaux du battement du coeur des autres signaux sonores, appelés ci-après signaux parasites, émis par l'organisme. Succinctement, l'invention apporte un stéthoscope différentiel qui convient particulièrement pour séparer des signaux de battements cardiaques de signaux corporels parasites. Le stéthoscope différentiel selon l'invention comporte deux petits éléments microphoniques attachés à deux têtes et destinés a capter des signaux acoustiques émis par le corps Les têtes du stéthoscope sont appliquées simultanément sur deux régions diffé10 rentes du corps dont on sait que les niveaux des signaux de battements cardiaques diffèrent Les sons captés par les tètes du stéthoscope contiennent les signaux de battemen tscardiaques et des signaux corporels parasites Chaque tête et son élément microphonique fournissent un signal de sortie qui est amplifié dans un amplificateur indivi15 duel Les deux signaux amplifiés sont appliqués à travers un dispositif de réglage de gain et d'équilibrage ou de compensation aux bornes d'entrée séparées d'un amplificateur différentiel Celui-ci produit sur sa sortie un signal différentiel qui est amplifié puis appliqué à un appareil d'écoute électrique ou à un élément d'écouteur élec20 trique qui est couplé acoustiquement au tube conventionnel du stéthoscope Ce tube forme une fourche dont les branches se terminent par deux écouteurs, comme sur un stéthoscope biauriculaire classique. Des dispositifs de connexion sont prévus pour permettre la visualisation des signaux de sortie des amplificateurs sur un oscillo25 scope Les circuits électroniques sont logés dans un petit bottier et sontalimentés par pile, ce qui permet un emploi et un transport faciles du stéthoscope Sous conditions idéales, qui sont rarement obtenues dans la pratique, les bruits corporels parasites, tels que les bruits de respiration, qui sont transmis aux deux éléments microphoniques, s'annulent mutuellement dans l'amplificateur différentiel, de sorte qu'il reste seulement des signaux de battements cardiaques clairement perceptibles Les signaux de battements cardiaques obtenus à la sortie représentent la différence entre les signaux de battements cardiaques à chacune des têtes acoustiques avec son élément microphonique Dans la pratique, les dispositifs de réglage du gain des amplificateurs individuels sont ajustés pour s'approcher autant que possible des conditions idéales, o les bruits corporels parasites sont éliminés au maximum. L'invention apporte donc un stéthoscope perfectionné de haute sensibilité et capable de séparer des signaux de battements 5 cardiaques d'autres sons émis par l'organisme, qui fournit un signal de sortie amplifié des signaux de battements cardiaques, avec suppression des bruits corporels parasites Le signal de sortie amplifié est obtenu en particulier par un dispositif d'amplification électronique possédant des moyens de filtrage, de dimension et de 10 poids réduits et compact. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente un stéthoscope différentiel biauriculaire selon l'invention avec son bloc électronique; la figure 2 est le schéma synoptique de la partie électronique de ce stéthoscope; et la figure 3 est un schéma synoptique d'amplifica20 teurs opérationnels utilisables selon une variante de réalisation dans le montage de figure 2. La figure 1 représente un stéthoscope différentiel 10 selon l'invention, qui comporte deux récepteurs de sons ou têtes acoustiques 12, 14 auxquels sont reliés des éléments microphoniques 25 16, 18 Les signaux acoustiques collectés par les têtes 12, 14 sont transformés par les éléments microphoniques 16, 18 en signaux électriques qui conviennent pour être introduits dans un montage électronique. Ce stéthoscope différentiel de type biauriculaire 30 comporte en plus deux écouteurs 20 destinés à être insérés de façon connue dans les oreilles de l'utilisateur, de même qu'un tube acoustique 22 Un bloc électronique 24 reçoit les signaux électriques des éléments microphoniques 16, 18 et envoie, à partir de sa sortie, des signaux acoustiques sélectionnés aux écouteurs, comme décrit plus 35 en détail dans ce qui va suivre. Lors de l'emploi d'un stéthoscope différentiel selon l'invention pour écouter les battements de coeur, les éléments microphoniques 16, 18 sont disposés sur différentes régions du corps, dont on sait que les amplitudes des signaux sonores des battements du coeur diffèrent. Comme on peut le voir sur la figure 2, un amplificateur opérationnel 26 reçoit le signal électrique délivré par l'élément microphonique 16 et fournit lui-même un signal de sortie amplifié 30 qui est appliqué à l'une des bornes d'entrée d'un ampli10 ficateur différentiel 32 Le niveau du signal transmis de l'amplificateur 26 à l'entrée de l'amplificateur différentiel 32 est réglé au moyen d'un dispositif de réglage du gain 36, qui est représenté sur la figure 2 sous forme d'un potentiomètre Le signal électrique délivré par l'élément microphonique 18 est appliqué à l'entrée 15 d'un amplificateur opérationnel 28 et le signal de sortie amplifié 38 de ce dernier est appliqué à l'autre borne d'entrée de l'amplificateur différentiel 32 à travers un dispositif de réglage du gain ou de la puissance 40 qui est semblable au dispositif de réglage 36. Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 32 contient la différence entre les deux signaux de battements cardiaques fournis par les éléments microphoniques 16, 18, de même que la différence entre les signaux corporels parasites fournis individuellement par les mimes éléments microphoniques 16 et 18 Par l'ajustement des dispositifs de réglage du gain 36 et 40, la d 2 fférence entre les signaux parasites est réduite à un minimum, de manière que, dans le cas idéal, la composante parasitaire dans le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 32 soit ramenée à zéro Entre les signaux de battements cardiaques subsiste une diffé30 rence puisque, comme indiqué dans ce qui précède, les éléments microphoniques 16, 18 sont places sur des régions du corps dont on sait qu'elles fournissent des perceptions différantes des battements du coeur. Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 32 35 est appliqué l'entrée d'un amplificateur 42 qui fournit un signal amplifié alimentant un casque d'écoute ou un écouteur électrique 44 fournissant un signal d'entrée acoustique au tube 22 (figure 1) avec les écouteurs 20 Les signaux de battements cardiaques noyés dans les signaux corporels parasites sont ainsi séparés ou extraits des signaux parasites (bruit) au moyen de l'amplificateur diffé5 rentiel 32, lequel soustrait l'un des signaux de l'autre L'amplificateur différentiel est réglé au moyen d'un dispositif d'équilibrage ou de compensation 46 en vue de l'obtention d'un signal de sortie à bruit minimal lorsque les éléments microphoniques 16, 18 ne reçoivent pas de signaux sonores. Les sorties des amplificateurs opérationnels 42, 28, 26 sont connectées à des douilles de sortie 48, 49 respectivement 50 pour que les signaux de sortie concernés puissent être visualisés de façon connue sur un oscilloscope (non représenté). La figure 3 représente une variante de réalisation 15 comprenant des amplificateurs 52, 54 dont les entrées reçoivent les signaux des éléments microphoniques 16 et 18 Ces amplificateurs remplacent les amplificateurs opérationnels 26 et 28 de figure 2. Un commutateur-sélecteur de largeur de bande 56 permet la mise en circuit sélective de l'un ou l'autre de deux condensateurs de réac20 tion 58 et 59 reliés à l'amplificateur opérationnel 52 Les signaux parasites émis par le corps sont de manière générale de fréquence plus haute que les signaux cardiaques et les composantes parasitaires de haute fréquence sont éliminées de façon connue par filtrage au moyen d'une capacité et de résistances dans la boucle de réaction de 25 l'amplificateur Grâce à la possibilité de choisir entre deux capacités, comme représenté sur la figure 3, les signaux parasites de fréquence plus élevée peuvent être éliminés à partir d'un niveau relativement bas, ce qui permet de mieux isoler les signaux cardiaques dans l'une des positions du commutateur-sélecteur 56 à deux 30 positions. L'amplificateur opérationnel 54 est pourvu de façon analogue d'un commutateur-sélecteur de largeur de bande 60 à deux positions pour la mise en circuit sélective de l'un ou l'autre de deux condensateurs de réaction 61 et 62 Les commutateurs-sélecteurs 35 56 et 60 sont accouplés mécaniquement ou d'une autre manière en vue de leur manoeuvre simultanée. Les dispositifs de réglage du gain 36 et 40, les douilles de sortie de visualisation 48, 49 et 50 et le dispositif d'équilibrage ou de compensation 36 sont montés sur le bloc électronique 24 pour être ajustables ou utilisables de l'extérieur par l'uti5 lisateur Un interrupteur marche-arret 64 (figures 1 et 2) établit et coupe la connexion avec une pile d'alimentation incorporée 66, ce qui permet d'éviter la perte d'énergie électrique en dehors des périodes d'emploi de l'instrument L'alimentation autonome sous forme d'une pile permet également le transport et l'emploi aisés 10 de l'instrument à n'importe quel endroit. Bien que l'instrument de l'exemple décrit ici délivre un signal de sortie sonore à un écouteur ou un signal de sortie électrique à un appareil d'écoute électrique tel qu'un casque d'écoute, il est évident que l'on peut prévoir également d'autres 15 signaux de sortie sensibles sans sortit du cadre de l'invention. Il est notamment possible, par exemple, de prévoir un affichage par une connexion à un oscilloscope k tube cathodique ou de prévoir une visualisation sous forme d'un simple dispositif d'éclairage qui s'allume et s'éteint à la cadence des battements du coeur Il est possible encore d'utiliser un haut-parleur ou un ronfleur pour fournir des signaux de sortie audibles correspondant aux battements du coeur De plus, des signaux de sortie électriques permettent des enregistrements sous diverses formes connues et des lectures consécutives par tout dispositif de sortie ou d'affichage désiré. De même, quoique l'instrument et le procédé de l'invention aient été décrits ici dans leur application médicale, il est A noter que le procédé de l'invention et le stéthoscope ou un instrument semblable fonctionnant selon les mêmes principes permettent également de nombreuses applications industrielles Il est 30 notamment possible aussi, par exemple, d'examiner le fonctionnement de moteurs en marche et le fonctionnement d'appareils immergés dans des fluides en écoulement par les moyens apportés par l'invention. Le montage électronique est de construction simple, de fonctionnement sûr, de faible dimension et économique à produire et à faire 35 fonctionner L'utilisation de deux entrées de niveaux différents des signaux désirés et ayant des niveaux sensiblement égaux d'un signal indésiré ou de plusieurs signaux indésirés permet de séparer le signal désiré des signaux indésirés par l'emploi d'un simple amplificateur differentiel Une plus grande sélectivité encore peut être obtenue par filtrage lorsque les fréquences des deux signaux diffèrent notablement, surtout lorsque le signal que l'on désire écouter est situé dans une bande de fréquence connue. Comme déjà indiqué, l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et'l'homme de l'art pourra y apporter diverses autres modifications encore sans pour autant 10 sortir de son cadre. REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé pour extraire des sons déterminés et en particulier des sons de battements cardiaques d'un signal dominé par du bruit constitué par des signaux indésirés ou signaux parasites, caractérisé en ce qu'il consiste: a) à capter simultanément des signaux combinés de battements cardiaques et de bruit intracorporel à une première et une seconde région corporellesexternes sélectivement variables; b) à soustraire l'un de l'autre les signaux combinés fournis par la 10 première et la seconde région corporelle; et c) à délivrer comme signal de sortie le signal différentiel produit dans l'opération b), ce signal différentiel étant dominé par la différence entre les signaux de battements cardiaques fournis par la première et la seconde région corporelles. 2 Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre: 1) l'amplification indépendante des signaux captés dans l'opération a); et 2) avant l'opération c), l'amplification du signal différentiel pro20 duit dans l'opération b). 3 Procédé selon la revendication 2, comprenant en outre: 3) la variation indépendante du gain d'amplification des signaux captés dans l'opération a) pour rendre le signal différentiel des 25 battements cardiaques aussi fort que possible par rapport au signal différentiel du bruit. 4 Stéthoscope portatif servant à écouter les sons interne émis par un corps, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il 30 comprend un premier capteur e 2, 16)et un second capteur ( 14, 18), applicables sélectivement et en même temps sur deux régions espacées variables de la surface externe du corps, qui sont destinés A détec-ter les sons internes et à délivrer des signaux électriques correspondants, lesquels comprennent un premier signal que l'on désire 35 détecter et un second signal indésiré qui masque le premier, un dispositif de comparaison ( 32) destiné à recevoir les signaux électriques des deux capteurs ( 12, 16 et 14, 18) et à délivrer à sa sortie un signal de comparaison représentant la différence entre les signaux électriques reçus simultanément des deux capteurs, ainsi qu'un dispositif de sortie ( 44) qui reçoit le signal de comparaison et qui délivre un signal sensible, lequel correspond à au moins une partie du signal différentiel de comparaison des signaux sonores détectés. Stéthoscope selon la revendication 4, o le 10 premier signal est un signal de battements cardiaques et le second signal est un signal d'un ou de plusieurs autres bruits intracorporels. 6 Stéthoscope selon la revendication 4 ou 5, o le dispositif de comparaison ( 32) est un amplificateur différentiel. 15 7 Stéthoscope selon la revendication 6, comprenant en outre un premier amplificateur ( 26; 52) et un second amplificateur ( 28; 54) destinés à recevoir les signaux électriques des capteurs ( 12, 16 et 14, 18) et à appliquer des signaux amplifies à l'entrée du dispositif de comparaison ( 32). 8 Stéthoscope selon la revendication 7, comprenant en outre un troisième amplificateur ( 42) pour amplifier le signal de comparaison, le signal de comparaison amplifié étant appliqué à l'entrée du dispositif de sortie sensible ( 44). 9 Stéthoscope selon la revendication 8, comprenant 25 en outre des dispositifs de réglage ( 36, 40) pour varier indépenda ment le gain du premier ( 26; 52) et du second amplificateur ( 28; 54). Stéthoscope selon la revendication 9, o les deux capteurs sont formés chacun d'un récepteur de sons ou tête acoustique ( 12 ou 14) et d'un élément microphonique ( 16 ou 18) pour 30 transformer des signaux acoustiques en lesdits signaux électriques. 11 Stéthoscope selon la revendication 10, o le dispositif de sortie sensible ( 44) produit un signal audible, un signal visuel ou un signal de sortie électrique ou plusieurs de ces signaux. 12 Stéthoscope selon la revendication 11, o le signal de sortie sensible est un signal audible et le dispositif de sortie comporte un appareil d'écoute électrique, notamment sous forme d'un casque, ou alors un tube conducteur acoustique ( 22) avec des écouteurs ( 20), le casque ou le tube avec écouteurs étant alimoentés en réponse au signal de comparaison amplifié. 13 Stéthoscope selon la revendication 7, comprenant en outre un dispositif de filtrage par sélection de largeur de bande pour laisser passer le premier signal et bloquer une partie au moins du second signal. 14 Stéthoscope selon la revendication 13, o le 10 second signal contient des fréquences plus hautes que le premier signal et o le premier ( 52) et le second amplificateur ( 54) sont des amplificateurs opérationnels possédant des boucles de réaction à capacité ( 58, 59; 61, 62) sélectivement variable. Stéthoscope selon la revendication 14, o les capa15 cites variables ( 58, 59; 61, 62) des amplificateurs-opérationnels sont accouplés mécaniquement en vue de leur variation simultanée.