Brevet FR2589713A1 — publié le 19870515

Appareil de détection d'insuffisance cardio-respiratoire La présente invention concerne un appareil de détection d'insuffisance cardiorespiratoire. Elle s'applique à la surveillance du rythme cardio-respira- toire de tout individu, et plus particulièrement du rythme cardio-respiratoire d'un nourrisson. On sait que tout individu pouvant présenter des risques d'insuffisance cardio-respiratoire doit être soumis à une surveillance quasi permanente du rythme cardiaque et du rythme respiratoire. La surveil- lance de ces rythmes est encore plus importante pour les nourrissons dont la mort subite inexpliquée de- vient actuellement l'une des causes les plus importan- tes de mortalité avant l'age de 1 an. Des statistiques récentes montrent qu'en France, 20 à 30% des décès d'enfants agés de 1 mois à 1 an, sont provoqués par une insuffisance cardio-respi- ratoire. Cette insuffisance provoque ainsi 2000 décès par an en France et 10000 décès par an aux Etats-Unis. Les causes pathologiques de cette insuffisance sont inconnues malgré des recherches importantes. La seule possibilité d'éviter ces décès est de surveiller en permanence le rythme cardio-respiratoire, notamment des nourrissons, pendant leur sommeil nocturne ou diurne; c'est en effet pendant le sommeil que la mort subite des nourrissons intervient le plus souvent. Cette mort touche des enfants apparemment sains et en bonne santé, et n'ayant jamais donné d'inquiétudes pé- diatriques. Pourtant, le geste sauveur à effectuer est simple: il suffit par exemple d'une forte stimulation mécanique entraînant le réveil de l'enfant, quand une insuffisance de rythme est détectée, pour que cet en- fant retrouve le contrôle normal de ses fonctions phy- siologiques; d'o l'intérêt d'un appareil de détection d'insuffisance cardio-respiratoire muni d'une alarme. La population d'enfants à risque cardiores- piratoire est estimée de la façon suivante: - les enfants ayant déjà eu un accident cardio-respira- toire et sauvés in extremis, - les frères et soeurs d'un enfant de moins d'un an ayant déjà eu un accident cardio-respiratoire, - certains enfants prématurés. Les enfants à risque qui ne présentent aucun signe pathologique majeur ne peuvent être hospitalisés pendant un an et sont donc surveillés à domicile par des appareils de détection d'insuffisance respiratoi- re. On estime qu'un enfant sur vingt qui présente de tels risques est ainsi surveillé à domicile. Cette faible proportion est due à plusieurs facteurs: - les appareils de détection d'insuffisance cardio- respiratoire qui sont fiables et qui sont actuelle- ment disponibles sur le marché, sont très onéreux, - la sécurité sociale ne prend pas en charge systémati- quement le coût d'achat et d'entretien de ces appa- reils, ce qui rend la situation difficile pour les équipes médicales ainsi que les associations qui s'occupent de ce problème. Le corps médical est très réticent vis-à-vis de la surveillance à domicile: en effet, les appareils existants sont volumineux, lourds, peu pratiques. Ils constituent une gêne psy- chologique pour le milieu familial qui les utilise. Les appareils de détection d'insuffisance cardio-respiratoire connus, les plus perfectionnés, sont de types très variés. L'appareil le plus utilisé et le plus fiable comporte un capteur à trois électro- des qui sont fixées sur la cage thoracique de l'indivi- du à surveiller. L'une des électrodes sert de référence de tension. Le rythme cardiaque est obtenu à partir des signaux des potentiels électriques du coeur prélevés entre les deux autres électrodes, tandis que le rythme respiratoire est obtenu par détection de la variation d'amplitude d'un courant électrique de faible intensité et de fréquence élevée, injecté à travers la cage tho- racique par ces mêmes électrodes. En effet, les mouve- ments respiratoires entrainent des changements d'impé- dance électrique interne de la cage thoracique dûs aux variations de volume des organes à l'intérieur de celle-ci, et en fonction de la Loi d'Ohm, si un courant constant est injecté à travers une impédance variable, la tension aux bornes de cette impédance varie égale- ment. Les signaux représentatifs du rythme respiratoire et du rythme cardiaque sont mélangés à la sortie du capteur; des moyens de filtrage permettent d'extraire d'une part les signaux représentatifs du rythme cardia- que, et d'autre part les signaux représentatifs du rythme respiratoire. Un analyseur de fréquence permet de déterminer la valeur de la fréquence des signaux représentatifs du rythme cardiaque (signaux impulsion- nels). Cet analyseur de fréquence est relié à un détecteur de seuils qui permet de déclencher une alarme lorsque la fréquence des signaux de rythme cardiaque est en déhors de seuils prédéterminés de fréquence haute et basse. Les signaux représentatifs du rythme respi- ratoire, obtenus à la sortie de moyens de filtrage, sont aussi appliqués à un détecteur qui déclenche l'alarme lorsque l'amplitude ou la fréquence des si- gnaux de rythme respiratoire devient inférieure à un seuil ou à une fréquence prédéterminé. Ce type de dispositif présente un inconvé- nient très important: lorsqu'un individu cesse de respirer, l'arrêt du coeur n'est pas simultané, si bien que la cage thoracique, qui est soumise aux pulsations du coeur subit ainsi des mouvements internes non négli- geables; ces mouvements cardiaquesfont varier l'impé- dance interne de la cage thoracique et donc L'amplitude de la tension représentative du rythme respiratoire perçue par Les électrodes du capteur et il en résulte qu'à la sortie des moyens de filtrage, des signaux comparables à ceux du rythme respiratoire sont obtenus, alors que La respiration a complètement cessé. Il en résulte que suivant la position des électrodes et le réglage de La sensibilité, qu'en cas d'arrêt respira- toire, aucune alarme n'est déclenchée; cette alarme n'est alors déclenchée que lorsque le coeur a presque cessé de battre ou subit un ralentissement très impor- tant, et donc souvent trop tardivement. A cet inconvénient majeur de ce type de dis- positif s'ajoute, comme indiqué plus haut, son prix très onéreux, son volume très important, ainsi que des réglages difficiles des seuils de sensibilité du rythme respiratoire. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réaliser un appa- reil de détection d'insuffisance cardio-respiratoire dans lequel intervient un capteur utilisant également trois électrodes, mais dans lequel les signaux repré- sentatifs du rythme respiratoire ne sont pas obtenus séparément des signaux représentatifs du rythme cardia- que, mais sont précisément extraits de ces signaux de rythme cardiaque. Cette obtention de signaux de rythme respiratoire, à partir des signaux de rythme cardiaque a pour principal avantage, comme on le verra plus loin en détail, d'assurer le déclenchement d'une alarme même lorsque les mouvements respiratoires ayant cessé, le coeur continu à battre. Le dispositif de l'invention a aussi pour avantage d'être peu encombrant, portable et autonome, sans gêne pour l'individu qui le porte; son prix de revient est très faible, et la sécurité élec- trique est bien supérieure car aucun courant n'est injecté dans l'organisme. L'invention a pour objet un appareil de détection d'insuffisance cardio-respiratoire, compre- nant un capteur potentiels électriques cardiaques, un détecteur relié à une sortie du capteur pour détecter des pics d'amplitude dans les signaux fournis par le capteur, un analyseur de fréquences relié à une sortie du détecteur pour déterminer la fréquence des pics détectés cette fréquence étant représentative du rythme cardiaque, un détecteur de deux seuils de fréquences de rythme cardiaque relié à une sortie de l'analyseur pour fournir un signal de déclenchement d'alarme lorsque la fréquence déterminée par l'analyseur est en dehors d'une gamme de fréquences comprise entre les deux seuils de rythme cardiaque, une alarme reliée à ce dé- tecteur de seuils de fréquences de rythme cardiaque, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit échantillonneur-bloqueur relié à la sortie du détecteur de pics d'amplitude, un filtre relié à une sortie du circuit échantillonneur-bloqueur pour fournir la composante moyenne du signal fourni sur une sortie du circuit échantillonneur-bloqueur, cette composante moyenne représentant le rythme respiratoire, et un dé- tecteur de seuil d'amplitude ou de deux seuils de fré- quences de rythme respiratoire, relié à une sortie du filtre, une sortie du détecteur de seuil d'amplitude ou de fréquence de rythme respiratoire étant reliée à l'alarme pour déclencher cette alarme après temporisa- tion lorsque l'amptitude du signal filtré qui est re- présentatif du rythme respiratoire est inférieure à une amplitude de référence, ou lorsque la fréquence du signal filtré est en dehors d'une gamme de fréquences comprise entre les deux seuils de fréquences de rythme respiratoire, le capteur étant un capteur à deux élec- 6 2589713 trodes actives disposées préférentiellement dans L'axe électrique du coeur, et une électrode de référence. L'invention sera mieux comprise à l'aide de La description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un appareil de détection d'insuffisance cardiorespiratoi- re, conforme à l'invention, - la figure 2 représente schématiquement en (a) et (b), des diagrammes de différents signaux obte- nus dans l'appareil de l'invention; ces diagrammes permettent de mieux comprendre le fonctionnement de L'appareil. L'appareil représenté schématiquement sur La figure 1 comprend un capteur 1 de rythme cardiaque com- prenant deux électrodes 2, 3 pLacées sur la poitrine de l'individu au voisinage de l'axe électrique 4 du coeur et une électrode de référence 6. De façon connue, les pulsations cardiaques provoquent entre les électrodes 2, 3 des variations périodiques de différence de poten- tiel. Ces variations périodiques sont des pics d'ampli- tude de tension apparaissant entre les deux électrodes 2, 3. La fréquence de ces pics de tension représente le rythme cardiaque. L'appareil comprend aussi un détec- teur 7 de pics de tension qui permet de détecter les pics de tension dans les signaux fournis par le cap- teur. Cet appareil comprend aussi un analyseur de fré- quence 8 pour déterminer la fréquence des signaux im- puLsionnels fournis par le détecteur 7. La fréquence de ces signaux est fournie sous forme analogique, sur une sortie 9 de l'analyseur de fréquence 8. Cette sortie est reliée à l'entrée d'un détecteur 10 de seuils haut et bas, de fréquences des signaux représentatifs du rythme cardiaque. La sortie du détecteur 10 est reliée à une alarme 11. Cette alarme est déclenchée lorsque la 7 2589713 fréquence mesurée par l'analyseur 8 est en dehors d'une gamme de fréquences comprise entre Les deux seuils pré- déterminés, au-delà desquels Le rythme cardiaque est considéré comme anormal. Ces seuils prédéterminés sont fixés par le détecteur de seuils 10. Selon l'invention, l'appareil comprend aussi un circuit échantillonneur-bloqueur 12, relié à la sortie du détecteur 7 de pics d'amplitude des signaux de rythme cardiaque. Un filtre 13 est relié à une sortie 14 du circuit échantillonneur-bloqueur 12 pour extraire, comme on le verra plus loin en détail, la composante moyenne du signal fourni par ce circuit échantillonneur-bloqueur. Ce signal est représentatif du rythme respiratoire. Un détecteur 15 de seuil d'am- plitude ou de deux seuils de fréquences du signal de rythme respiratoire est relié à la sortie 16 du filtre 13. Une sortie 17 de ce détecteur de seuil d'amplitude est reliée à l'alarme 11 pour déclencher cette alarme, comme on le verra plus loin en détail, lorsque l'ampli- tude du signal filtré, fourni à la sortie 16 du filtre 13 est inférieure à une amplitude prédéterminée pendant un laps de temps défini, ou pour déclencher cette alarme lorsque la fréquence du signal de rythme respiratoire est en dehors d'une gamme de fréquences délimitée par les deux seuils haut et bas de fréquences de rythme respiratoire. La figure 2 représente schématiquement des diagrammes de certains signaux obtenus dans l'appareil de l'invention. Le diagramme (a) représente en I les signaux impulsionnels obtenus à la sortie du détecteur de pics 7. Ces signaux impulsionnels permettent de déterminer le rythme cardiaque puisque leur fréquence correspond à celle des pulsations du coeur. L'amplitude de chaque impulsion I dépend des différentes orienta- tions de l'axe électrique 4 du coeur, lorsque celui-ci oscille dans la cage thoracique, par suite des mouve- ments respiratoires. Il en résulte que lorsque les mouvements respiratoires cessent et que le coeur conti- nue à battre encore quelques minutes, l'amplitude des impulsions I devient constante puisque le coeur ne subit plus d'oscillation. La détection des variations d'amplitude des impulsions I, représentatives du rythme cardiaque, est donc très importante dans la détection du rythme respiratoire: le rythme cardiaque est déter- miné comme on l'a indiqué plus haut, par un analyseur de fréquence et, lorsque ce rythme dépasse une certaine gamme de fréquences prédéterminées, l'alarme est dé- clenchée. Le rythme respiratoire est déterminé de la façon suivante: les signaux fournis par le détecteur de pics 7 sont appliqués à un échantillonneur-bloqueur 12 commandé à l'instant du maximum d'amplitude qui permet d'obtenir sur une sortie 14 des signaux présen- tant des paliers, tels que représentés en R sur le diagramme (a) de la figure 2. Les détails de structure et de fonctionnement de cet échantilLonneur-bloqueur ne seront pas décrits ici en détail, puisque ce type de circuit est parfaitement connu dans l'état de la tech- nique. Cet échantillonneur permet en fait d'obtenir des paliers de tension V entre deux impulsions successives I, par blocage de la tension lue en entrée au moment de l'échantilonnage, l'amplitude de la tension entre deux impulsions dépendant à la sortie de l'échantillonneur- bloqueur, de l'amplitude de L'impulsion précédente et de l'amplitude de l'impulsion suivante à chaque échan- tillonnage. Les signaux R obtenus à la sortie 14 du cir- cuit échantillonneur-bloqueur 12 sont appliqués à un filtre moyenneur 13 qui fournit sur sa sortie 16, un signal F, tel que représenté sur le diagramme (b) de la figure 2. Ce signal F représente l'amplitude moyenne du signal de sortie de l'échantillonneur-bloqueur autour du zéro de tension quand un arrêt respiratoire se pro- duit, Le signal F devient plat, égal à zéro, et ne subit aucune perturbation trompeuse de la part du coeur contrairement aux appareils de détection d'insuffisan- ce cardio-respiratoire connus. Le détecteur de seuils 15 qui est relié à la sortie 16 du filtre 13 déclenche l'alarme 11 lorsque le signal F présente une amplitude inférieure à une ampli- tude prédéterminée de référence ou Lorsque La fréquence de ce signal est en dehors d'une gamme de fréquences délimitées par les deux seuils de rythme respiratoire définis plus haut. Ce détecteur de seuils, qui n'est pas décrit ici en détail, peut être constitué, de ma- nière connue, par un circuit de type trigger de Schmitt relié à la sortie du filtre 13, et par un circuit tem- porisateur relié à une sortie du trigger. Le circuit temporisateur fournit sur la sortie 17 un signal de niveau logique 1, par exemple lorsque Le trigger de Schmitt fournit en permanence des impulsions résultant des variations d'amplitude du signal F; ce circuit temporisateur fournit un signal de niveau logique O lorsque le trigger de Schmitt cesse de fournir des im- pulsions, c'est-à-dire lorsque le signal F cesse de présenter des variations d'amplitude suffisantes. Ce signal de niveau logique O permet de déclencher l'alar- me 11. Dans le cas de détection de fréquences du signal représentant le rythme respiratoire, le trigger de Schmitt est associé à un détecteur de seuils de fré- quences. L'appareil qui vient d'être décrit permet bien de remédier aux inconvénients des appareils con- nus: l'alarme est déclenchée, sans ambiguïté soit parce que le rythme cardiaque est en dehors de fréquen- ces prédéterminées, soit parce que l'amplitude du 22589713 rythme respiratoire devient inférieure à un seuil pré- déterminé pendant trop longtemps, soit encore parce que ces deux insuffisances surviennent simultanément. L'appareil est autonome et peut être transporté par l'individu sous surveillance. Il peut être alimenté par piles et son coût de fabrication est très faible. 11 2589713 REVENDICATION Appareil de détection d'insuffisance cardio- respiratoire, comprenant un capteur (1) de potentiels électriques cardiaques, un détecteur (7) relié à une sortie du capteur pour détecter des pics d'amplitude dans les signaux fournis par le capteur (1), un analy- seur (8) de fréquences relié à une sortie du détecteur pour déterminer la fréquence des pics détectés, cette fréquence étant représentative du rythme cardiaque, un détecteur (10) de deux seuils de fréquences de rythme cardiaque, relié à une sortie de l'analyseur pour four- nir un signal de déclenchement d'alarme lorsque la fré- quence déterminée par l'analyseur est en dehors d'une gamme de fréquences prédéterminées de rythme cardiaque comprise entre les deux seuils de rythme cardiaque, une alarme (11) reliée à ce détecteur de seuils de fré- quences de rythme cardiaque, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit échantillonneur-bloqueur (12) relié à la sortie du détecteur (7) de pics d'am- plitude, un filtre (13) relié à une sortie du circuit échantillonneur-bloqueur (12) pour extraire la compo- sante moyenne du signal fourni sur une sortie du cir- cuit échantillonneur-bloqueur, cette composante moyen- ne représentant le rythme respiratoire et un détecteur (15) de seuil d'amplitude ou de deux seuils de fréquen- ces de rythme respiratoire, relié à une sortie du fil- tre (13), une sortie de ce détecteur de seuil d'ampli- tude ou de fréquences de rythme respiratoire étant re- liée à l'alarme (11) pour déclencher cette alarme après temporisation, lorsque l'amplitude du signal filtré qui est représentatif du rythme respiratoire, est inférieu- re à une amplitude de référence, ou lorsque la fré- quence du signal filtré est en dehors d'une gamme de fréquences comprise entre les deux seuils de fréquences de rythme respiratoire,le capteur (1) étant un capteur à trois électrodes, dont deux sont disposées préféren- tiellement dans l'axe électrique du coeur, une troisiè- me électrode servant de référence.