Brevet FR2591464A1 — publié le 19870619

La présente invention concerne l'examen et le monitorage électrocardiographiques de patients situés en un lieu inaccessible aux appareils médicaux électroniques ou électriques traditionnels, soit du fait de leur incarcération en un lieu éloigné, difficile à atteindre, soit du fait de leur séjour dans une ambiance riche en substanc-es détonantes : gaz (méthane), poussières (poussière de charbon), vapeurs (vapeurs d'essence), etc.. Elle est destinée en priorité aux équipes de secours des mines de charbon, mais elle peut être employée avantageusement par d'autres équipes intervenant dans des conditions similaires. Dans les exploitations minières souterraines, les secours et le sauvetage d'ouvriers emmurés à la suite d'un éboulement sont particulièrement laborieux. A l'occasion d'une augmentation exceptionnelle et soudaine de la pression des terrains, il se produit un effrondement de plusieurs mètres de galeries, avec incarcération du personnel présent sur le chantier dans la poche créée en amont. (Il s'agit, fort heureusement, d'un événement relativement rare). Afin d'éviter des nouveaux éboulements, mettant en danger la vie des emmurés et des sauveteurs, les travaux de sauvetage se déroulent en plusieurs temps, à partir d'un quartier situé en-dessous du quartier sinistré (a) localisation des emmurés, (b) percement d'un conduit de communication, de faible diamètre pour les liaisons phoniques et l'approvisionnement des emmurés en vivres et en médicaments, (c) creusement d'un tunnel d'évacuation. Le délai qui s'écoule entre le percement du conduit de communication et l'achèvement du tunnel d'évacuation peut atteindre plusieurs jours, voire plusieurs semaines. Actuellement, les équipes médicales, ne disposant d'aucun moyen d'investigation paraclinique, conduisent le traitement de leurs patients à partir des renseignements fournis par ces derniers lors des communications phoniques. Les règles précises régissant ces conditions particulières d'intervention, permettent de faire face à un grand nombre de situations. Néanmoins, dans certaines circonstances, l'absence d'un moyen instrumental de aiagnostic est susceptible de retarder dramatiquement une décision thérapeutique. Le but de l'invention actuelle est de rémédier à cette carence par le biais de la télé-électrocardiographie. Dans le cadre présent, on entend par TELE-ELETR()CARDIOGRAPHIE la transmission par fil de signaux électrocadiographiques bruts, captés à l'aide d'électrodes convenablement disposées sur le corps d'un patient, situé à une distance pouvant dépasser 1(10 mètres du poste de réception. Il est précisé que la différence de potentiel entre deux points quelconques du corps humain, conventionnement définis pour la fixation des capteurs électrocardiographiques, est de un à deux millivolts, sous une impédance pouvant atteindre plusieurs centaines de milliers d'ohms. Le terme "signaux électrocardiographiques bruts" désigne les signaux électrocardiographiques avant toute transformation due à une amplification ou à un filtrage. L'objectif susvisé (télétransmission de signaux électrocardiographiques sans amplification ni filtrage préalables) semblerait, a priori, difficile à atteindre dans la mesure où en pratique courante, tous les actes de diagnostic et de surveillance basés sur l'électrocardiogratme impliquent la présence du patient à proximité de l'appareil d'électrocardiographie, hormis les cas de la transmission par voie hertzienne. Dans le cas particulier qui nous préoccupe (monitorage de patients emmurés dans une exploitation souterraine), la transmission par voie hertzienne s'avère impraticable du fait des obstacles opposés à la propagation des ondes hertziennes par la structure du milieu minier souterrain d'une part, et par les conditions d'incarcération des patients, d'autre part. Les moyens mis en oeuvre par l'invention permettent de contourner ces difficultés et d'introduire l'examen et le monitorage électrocardiographiques dans les opérations de sauvetage. L'invention permet d'atteindre l'objectif précité grâce à la mise en oeuvre, à l'extrémité libre du conduit de communication, d'un poste primaire de surveillance d'électrocardiogramme relié par une liaison par fil à des électrodes posées sur la poitrine d'un sujet emmuré, adapté, malgré l'atténuation le long de ce fil de liaison du signal d'électrocardiogramme, à l'amplifier et le filtrer, à en déterminer sur place la fréquence en sorte de la comparer à des valeurs limites de seuils, et, de façon très avantageuse, à moduler le signal alternatif qui constitue cet électrocardiogramme en sorte de pouvoir le transmettre par voie téléphonique au centre de diagnostic le plus proche par l'intermédiaire d'un démodulateur approprié associé à ce centre.De préférence, ce poste primaire de traitement est équipé d'un dispositif de visualisation adapté à afficher la forme de l'électrocardiogramme. L'invention propose un poste primaire d'examen électrocardiographique i distance, destiné à itre connecté à des capteurs électrocardiographiques, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un circuit d'amplification et de filtrage adapté au traitement d'un signal électrocardiographique brut capté par les capteurs, un circuit de traitement de fréquence adapté à déterminer la fréquence caractéristique dudit signal, un circuit de modulation adapté à fournir un signal adapté à être transmis par voie téléphonique, et un circuit d'alimentation. L'invention préconise avantageusement que ce poste primaire soit combiné, au sein d'un dispositif de surveillance d'électrocardiogramme à distance, à des électrodes électrocardiographiques formées de lamelles de balsa imprégnées de chlorure de lithium, dont les performances élevées sont bien connues. On peut se référer à ce propos notamment aux articles suivants - Clinical Trial of a Balsa-Lithium Electrode for Conventional Electrocardiography de FISHMANN et al dans The American Journal of Cardiology, p. 346, numéro de décembre 1962 ; - Progress in Long Term Biomedical Monitoring of Human Heart Rate Through the Use of Lithium Chloride Impregnated Balsa Electrodes de F.K. COOMBS dans 1967 SWIEEECO Record 10-2-1, IEEE Cat NO F-72 ; ou - Some New électrode Techniques for Long Term Physiologic Monitoring de RICHARDSON et al dans Aerospace médecine, Vol. 39, NO 7, July 1968. L'invention propose également une installation complète de surveillance regroupant le dispositif précité et le démodulateur du centre de diagnostic associé. Le dispositif préconisé est formé : - d'un poste de réception primaire, placé au fond de la mine, et - d'un poste de réception terminal, situé dans un centre médical, en surface. Pendant les opérations d'examen électrocardiographique ou de monitorage, les patients reçoivent les capteurs (électrodes) électrocardiographiques et les fils qui les relient au poste de réception primaire, au travers du conduit de communication. Parvenu au poste primaire, l'électrocardiogramme est amplifié, filtré, puis appliqué, inaltéré, à trois circuits indépendants. Le premier circuit effectue-(a) le calcul de la fréquence du coeur examiné, (b) l'affichage instantané de cette fréquence et (c) sa coMparaison aux seuils d'alarme, haute et basse, fixés par l'examinateur ; (d) le dépassement de l'un des seuils entraine instantanément l'allumage d'un voyant d'alarme. Le second circuit fournit un signal non déformé, conforme aux normes IRIG, permettant de visualiser lrélectrocardiogramme sur un appareil traditionnel (oscilloscope, oscillographe), répondant aux règles de sécurité en vigueur dans les mines grisouteuses. Le troisième circuit est destiné à moduler le signal électrocardiographique, pour permettre sa transmission, par l'intermédiaire d'une installation téléphonique existante, vers un poste de réception terminal, rattaché à un centre de diagnostic et de traitement, sans limitation de distance. A son arrivée au poste de réception terminal, le signal électrocardiographique est appliqué à un démodulateur qui le restitue, sans déformation, au standard IRIG, à des fins de visualisation, de traitement et d'archivage. Tous les modules constituant la chaîne de prise d'informations électrocardiographiques décrits ci-dessus, ainsi que leurs sources d'alimentation en courant électrique, ont été conçus et réalisés conformément à la législation régissant l'utilisation d'appareils électriques dans les mines grisouteuses. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention, ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique d'une installation de surveillance d'électrocardiogramme selon l'invention, - la figure 2 est un schéma électronique du circuit d'amplification de la figure 1, - la figure 3 est un schéma électrique du modulateur de la figure 1, - la figure 4 est un schéma électrique du comparateur de la figure 1, - la figure 5 est un schéma électrique du fréquencemètre de la figure 1, - la figure 6 est un schéma électrique de l'alimentation rechargeable de la figure 1, - la figure 7 est un schéma électrique du démodulateur de la figure 1, et - la figure 8 est un schéma électrique de l'alimentation du démodulateur de la figure 7. Telle que représentée à titre d'exemple à la figure 1, une installation de monitorage par télé-électrocardiographie, selon l'invention, se compose de trois sous-ensembles : (1) des capteurs (électrodes) d'électrocardiographie et la filerie correspondante (non représentée) ; (2) un poste primaire de surveillance PPS, auquel les capteurs sont reliés par des fils de grande longueur (Ce poste est ici complété par une console primaire de visualisation CV1 (oscilloscope), répondant aux règles de sécurité en vigueur dans les mines grisouteuses) ; et (3) un poste terminal de surveillance PTS situé au jour relié au poste primaire PPS par une ligne téléphonique bifilaire LT, ici complétée par une seconde console de visualisation CV2. Le poste primaire de surveillance PPS comporte principalement un circuit d'amplification et de filtrage CAF destiné à recevoir les signaux électrocardiographiques So provenant d'un patient, un modulateur MOD monté entre le circuit d'amplification et de filtrage et la ligne téléphonique LT, et un circuit de traitement de fréquence CTF adapté à la mesure de la fréquence caractéristique du signal électrocardiographique. Ce dernier circuit comporte ici un comparateur CP et un fréquencemètre FM équipé d'éléments de visualisation EV1 et EV2. Une alimentation rechargeable autonome ALR fournit à ces circuits l'énergie électrique nécessaire à leur fonctionnement. Tous ces circuits sont de sécurité intrinsèque. Le circuit d'amplification et de filtrage CAF est représenté sur la figure 2 ; ce circuit comporte principalement sept amplificateurs opérationnels Aûl à A07 répartis en trois étages : un premier étage (étage I) du type différentiel, un second étage (étage II) à amplificateur non inverseur à gain non linéaire, destiné à éliminer les fréquences parasites, et un troisième étage (étage III) à amplificateur non inverseur et à filtre rejecteur du second ordre. - Premier étage : Le premier étage est constitué par un amplificateur différentiel, dont les entrées sont protégées contre les courants de fuite. A01 et A02 sont des amplificateurs à gain unitaire, servant à adapter la haute impédance de la chaine "patient - capteurs - fils conducteurs" aux exigences de fonctionnement de l'amplificateur différentiel A04. - Deuxième étage : La sortie de l'amplificateur A04 est appliquée par le circuit C1-R7, à l'entrée positive de l'amplificateur A05, dont la sortie est à son tour appliquée à l'entrée positive de l'amplificateur A06. Les amplificateurs A05 et A06 sont des amplificateurs non inverseurs, comportant des filtres passe-bas. Un potentiomètre Pi permet d'ajuster le courant de repos de l'amplificateur A06 dont la sortie est appliquée au troisième étage. - Troisième étage : Le troisième étage est constitué d'un amplificateur opérationnel A07, à filtre rejecteur du deuxième ordre, composé des résistances R13-14-15, des condensateurs C3-4-5-6 et du circuit de contre-réaction C7-C8-R17-RlB. Le signal de sortie S1 de ce circuit d'amplification et de filtrage est appliqué au modulateur MOD et au comparateur CP. Le modulateur MOD (figure 3) comprend principalement un circuit intégré IC1, auquel sont associées des résistances R19 et R20, des condensateurs C9 et C10, et un potentiomètre P2 qui sert à ajuster la fréquence porteuse. Le fonctionnement du modulateur est fondé sur le principe de la modulation de fréquence. Sa sortie 52 est isolée de la ligne LT à l'aide d'un condensateur Cll. Le signal S2 est modulé par S1, de telle sorte que S2 = fréquence porteuse + S1. Le comparateur CP est représenté sur la figure 4. I1 comporte un amplificateur non linéaire 1C2 et un comparateur 1C3. Un potentiomètre P3 permet d'ajuster le potentiel de référence appliqué au comparateur IC. La sortie 53 fournit un niveau logique de + 5V ou zéro, en fonction de la valeur de S1 par rapport à P3. Le fréquencemètre de la figure 5, destiné la mesure de la fréquence cardiaque, comporte trois circuits : (a) un circuit d'horloge, (b) un circuit de comptage avec son élément de visualisation EVI et (c) un circuit d'alarme avec son élément de visualisation EV2. Circuit de comptage et d'affichage des fréquences : Le circuit d'horloge est formé d'un oscillateur à quartz 1C9 et de ses diviseurs (IC5-IC6-IC7 et IC4-l). Les circuits ICll et IC12 servent à synchroniser le compteur In21, ainsi que les bascules IC22. IC24-25-26-27-28 transforment le signal en binaire codé décimal, pour affichage. IC41-42-43 sont les décodeurs des - afficheurs 1C47-48-49. Circuit d'alarme IC13-14-15 et IC16-17-18 déterminent les fréquences d'alarme haute et d'alarme basse. IC35-36-37 aiguillent ces fréquences vers les afficheurs d'alarme IC44-45-46. IC29-30-31-32-33-34 sont les comparateurs logiques qui activent, selon le cas, l'alarme haute ou l'alarme basse. IC35-36-37 - sélectionnent la fréquence d' l'alarme haute ou d'alarme basse pour 11 affichage. IC38-39-40 sont les décodeurs des afficheurs de la fréquence d'alarme 1C44-45-46. L'alimentation autonome de sécurité @@@rs @édue (figure 6) : les éléments D2 à D10 et R34-R35-R36 servant cette alimentation conforme à la législation relative aux circuites dits de sécurité intrinsèque, destinés à fonctionner dans des mines grissureuses. Le démodulateur (figure 7). Il comprend les @@sses: 1. IC52 transforme le signal d'entrée de configuration non périodique, en un signal carré, destiné à suciter IC50. 2. IC50 est le démodulateur proprement dit R40-C21 détermine la fréquence d'alimentation propre du modulateur. Le signal démodulé est préféré sur la broche 7. La fréquence porteuse esr éliminée par les filtres R42 C23-R43-C24-C25. 3. IC 51 est un amplificateur à gain sur liniaire, dont le rôle est de restituer le signal sous -- - normalisée. L'alimentation du démodulateur (Figure - Il : transformateur abaisseur de ten - Dll-D12 : pont de redressement, - C3G-C32 : filtrage, - IC53-IC54 : régulateurs de tension, - R53-54-57-58 : servent à déterminer le tension de sortie, - R52-56 : résistances de limitation de courant. I1 a ainsi été décrit une chaine d'examen et fS monitorage à distance, au moyen de l'électrocardiogramme ayant les particularités suivantes - Association d'un circuit d'amplification et d'un circuit de filtrage adaptés au traitement de l'électrocardiogramme (signal composite de 1-2 mV), provenant d'un sujet éloigné de 10 à 100 mètres, (par opposition aux moyens traditionnels caractérisés par la présence du patient à proximité ae l'enregistreur), grâce aux particularités du premier étage d'amplification, composé de deux amplificateurs à gain unitaire, qui servent à adapter la haute impédance de la chaîne "patient - capteurs - fils" à l'impédance d'entrée de l'amplificateur différentiel A4. - Mesure de la fréquence dudit électrocardiogramme, suivi (1) de l'affichage instantané de la fréquence cardiaque, (2) de sa comparaison à un seuil haut et à un seuil bas, (3) de l'affichage instantané d'une alarme, haute ou basse, en cas de dépassement des seuils pré-établis. - Elaboration d'un signal électrocardiographique, conforme au standard international, pour affichage oscilloscopique ou oscillographique à un poste de réception primaire. - Modulation du signal pour sa transmission au moyen d'une ligne téléphonique jusqu'à un poste de réception terminal lié à un centre de diagnostic, sans limitation de distance. - Démodulation du signal, au poste de réception terminal, suivie de sa restitution sous une forme normalisée, pour affichage oscilloscopique ou oscillographique, aux fins d'exploitation et d'archivage. Les modules entrant dans la composition de la chaîne d'examen et de monitorage ont été conçus et réalisés conformément à la réglementation régissant l'emploi d'appareils électriques dans les mines grisouteuses. L'appareil, initialement conçu pour le sauvetage des patients emmurés au fond d'une mine de charbon, est également utilisable dans toutes les situations de sauvetage de patients incarcérés et, de ce fait, difficilement accessibles aux moyens de diagnostic et de monitorage traditionnels. REVEICTTOS 1. Poste primaire d'examen electrocardiographique à distance, destiné à être connecté à des capteurs électrocardiographiques, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un circuit d'amplification et de filtrage (CAF) adapté au traitement d'un signai électrocardiographique brut (SO) ) capté par les capteurs, un circuit de traitement de fréquence (CTF) adapté à déterminer la fréquence caractéristique dudit signal, un circuit de modulation (MOD) adapté à fournir un signal adapté à être transmis par voie téléphonique, et un circuit d'alimentation (ALR). 2. Poste primaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'amplification et de filtrage comporte un premier étage de type différentiel comportant un amplificateur différentiel (A04) précédé par deux amplificateurs à gain unitaire (A01, A02) destinés à adapter l'impédance d'une chaîne comportant les capteurs, une filerie de liaison audit poste primaire et un patient portant ces capteurs, à l'impédance d'entrée dudit amplificateur différentiel (A04). 3. Poste primaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'amplification et de filtrage (CAF) comporte en outre un second étage à amplificateur non inverseur à gain non linéaire (A05, A06) et un troisième étage à amplicateur non inverseur (A07) et à filtre rejecteur du second ordre (R13-14-15 ; C3-4-5 ; C7 C 8 - R17 - R18). 4. Poste primaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 32 caractérisé en ce que le circuit de modulation (MOD) comporte un circuit (IC1) adapté à moduler en fréquence le signal incident (S1). 5. Poste primaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit de traitement de fréquence comporte un circuit d'horloge (IC9 ; IC4-1 ; 1C5 ; IC6 : IC7), un circuit de comptage (IC21, IC 22) et un circuit d'alarme (IC 29 à IC 34) adapté à comparer la fréquence mesurée à un seuil de fréquence basse et à un seuil de fréquence haute. 6. Poste primaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de traitement de fréquence (CTF) comporte un élément de visualisation (EV1) associé au circuit de comptage et un second élément de visualisation (EV2) associé au circuit d'alarma. 7. Poste primaire selon l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporta en outre une console primaire de visualisation -(CVi > adapté à visualiser le signal cardiographique. 8. Installation d'examen électrocardiographique à distance comportant un poste primaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outra des capteurs électrocardiographiques incluant des lamelles de balsa imprégnées de chîcrure de lithium. 9 Installation salon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un poste terminal de surveillance (pts) comportant un démodulateur adapté à être connecté par voie téléphonique au poste primaire (PPS).