Brevet FR2596268A1 — publié le 19871002

APPAREIL DE CONTROLE DE L'ACTIVITE CEREBRALE La présente invention concerne un appareil de contrôle et de surveillance de L'activité cérébrale d'une personne. Lors du traitement de certains comas, on administre au patient des médicaments à base de barbituriques qui ralentissent considérablement l'activité cérébrale. Le fonctionnement des cellules nerveuses du cerveau alterne alors avec des périodes d'inactivité dont La durée peut aller jusqu'à quelques minutes. On doit alors contrôler cette activité cérébrale de façon continue, car une trop forte dose de barbituriques administrée peut entraîner un arrêt total de cette activité cérébrale accompagné, le plus souvent, de problèmes cardiaques. Un tel contrôle cérébral trouve, également, une application pour La surveillance des anesthésies où les produits utilisés ont un effet tout-à-fait similaire de ralentissement de l'activité cérébrale. Pour assurer le contrôle et la surveillance de L'activité cérébrale dans de tels cas, plusieurs propositions ont été formulées. L'une d'elles, consistant à réaliser un électroencéphalogramme, est satisfaisante sur Le plan technique, mais nécessite l'utilisation d'un appareil complexe et très coûteux, si bien qu'on ne dispose que d'un nombre très restreint d'appareils de ce type dans chaque centre de traitement. Une seconde proposition consiste à utiliser un appareil électrocardiographe, beaucoup moins onéreux que Le précédent, mais qui n'est absolument pas compatible avec une telle application, de sorte qu'on est obligé de construire une interface entre Les électrodes qui captent le signal et cet électrocardiographe. La présente invention vise à remédier aux inconvénients attachés aux propositions actuellement connues de contrôle de L'activité cérébrale et, à cette fin, a pour objet un appareil compLètement autonome, de conception simple et pouvant être fabriqué à coût réduit. L'appareil permet, en outre, d'indiquer la présence ou l'absence d'activité cérébrale, de chronométrer les temps d'inactivité et possède des sorties permettant de visualiser les signaux représentatifs de l'activité cérébrale. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'objet de L'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - un circuit d'amplification différentielle de la tension recueillie entre deux électrodes, - un circuit de filtrage passe-bas à constante de temps, - un étage d'adaptation, - un-circuit de détection à seuil chargé d'indiquer La présence d'activité ou d'inactivité cérébrale. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux schémas annexés qui montrent, à titre non limitatif, des exemples de réalisation de L'objet de L'invention. La fig 1 est un schéma synoptique d'organisation de L'objet de L'invention. Les fig. 2 à 6 sont des schémas d'exemples de réalisation de sous-ensembles constitutifs de L'objet de L'invention. La fig. 7 illustre un exemple de signaux de commandes du dispositif de chronométrage et d'affichage. Selon la fig. 1, L'appareil comprend une électrode gauche G et une électrode droite D, destinées å être appliquées de part et d'autre de La tête du patient. Ces deux électrodes sont de type connu, couramment utilisées dans des applications de ce genre, comme, par exemple, celles servant de capteur au cours d'un électroencéphalogramme. Ces électrodes sont fixées, de chaque côté de la tête du patient, par des contacts adhésifs classiques. Le signal recueilli est de très faible amplitude, de l'ordre de quelques micro-volts. Ce signal est appliqué à L'entrée d'un circuit 1 réalisant, tout d'abord, une amplification différentielle.Etant donné La difficuLté de traiter des signaux d'aussi faible amplitude, les éléments constitutifs de ce premier étage 1 doivent avoir de très bonnes caractéristiques et, en particulier, les amplificateurs opérationnels éventueLlement utilisés devront être à faible bruit et haute sensibilité. Le deuxième étage est constitue par un circuit 2 réalisant un filtrage passe-bas avec constante de temps. Le signal évoluant relativement lentement, on peut fixer La fréquence de coupure à environ 20 Hz, de manière à éliminer toutes les fréquences supérieures et, en particulier, la fréquence du réseau d'alimentation de l'appareil (en général 50 Hz). Le troisième étage est constitué par un circuit 3 d'adaptation classique, à très grande impédance d'entrée et à très faible impédance de sortie. Le signal issu du circuit 3 d'adaptation est ensuite traité par un circuit 4 de détection, à seuil permettant de détecter le passage du signal au-dessus d'un seuil réglable. Lorsque le signal a une amplitude supérieure à ce seuil, il peut être considéré comme représentatif de l'activité cérébrale et, Lorsque ce signal a une amplitude inférieure à ce seuil, il peut être considéré comme du bruit. On est alors en présence d'une période d'inactivité cérébrale. Ce circuit 4 de détection à seuil pilote un circuit 5 de commande de commutateurs électroniques inclus dans les circuits de sortie. Le circuit 6 est chargé d'appliquer le signal issu de L'étage d'adaptation 3 à La borne de sortie GS, par L'intermédiaire d'un premier commutateur électronique commandé par Le circuit 5. Le signal délivré par cette borne de sortie Gs est donc nul pendant une période d'inactivité cérébrale et est représentatif du signal capté par L'électrode G pendant une période d'activité cérébrale. Le circuit 7 est chargé d'appliquer Le signal issu de L'étage d'adaptation 3 à La borne de sortie DS, par L'intermédiaire d'un deuxième commutateur électronique commandé par Le circuit 5, après avoir effectué un déphasage de 180 degrés. Le signal délivré par cette borne de sortie Ds est donc nuL pendant une période d'inactivité cérébrale et est représentatif du signal capté par L'électrode D pendant une période d'activité cérébrale. L'appareil comporte, enfin, un dispositif de chronométrage 8, 9, 10 composé d'un circuit 8 comprenant un troisième commutateur électronique piloté par le circuit 5 et indiquant La présence ou non d'activité cérébrale, d'un circuit 9 d'élaboration des signaux de commandes nécessaires et d'un circuit 10 de chronométrage et d'affichage de la durée lorsque l'on est en présence d'une période d'inactivité cérébrale. L'appareil comprend, également, un dispositif Il de contrôle d'une bonne fixation des électrodes. On considère qu'une électrode est correctement fixée si la résistance entre la peau et cette électrode est inférieure à une vaLeur prédéterminée. Cette valeur peut être fixée à 10 kilo-Ohms environ. La fig. 2 montre un exemple de réalisation des circuits 1 à 8. L'étage 1, qui constitue un amplificateur différentiel comprend un amplificateur opérationnel principal A2 destiné à recevoir sur ses entrées inverseuse et non inverseuse les signaux émis respectivement par L'électrode droite D et par t'électrode gauche G. Afin de permettre d'effectuer un équilibrage de l'amplificateur différentiel 1, un second amplificateur opérationnel A1 monté en non inverseur est interposé entre L'électrode droite D et L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel A2. Les signaux de très faible amplitude, de L'ordre de quelques microvolts, émis par les électrodes D et G sont appliqués par L'intermédiaire de résistances R1 et R2 respectivement aux entrées non inverseuses des amplificateurs opérationnels A1 et A2 respectivement. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel A1 est reliée à la masse par une résistance R3 en série avec une résistance ajustable P1 permettant un ajustement du gain de l'amplificateur opérationnel A1 et donc un équilibrage des deux voies de L'amplificateur différentiel 1.La résistance de bouclage R4, connectée entre L'entrée inverseuse et la sortie de l'amplificateur opérationnel A1, La résistance R5 connectée entre la sortie de L'amplificateur opérationnel A1 et L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel A2 et la résistance R6 connectée entre L'entrée inverseuse et la sortie de l'amplificateur opérationnel A2 sont choisies de manière à déterminer avec les résistances en série R3 et R1 un gain voisin de 1. Les résistances R1 et R2 présentent elles-mêmes des valeurs nominales égales entre elles. Un dispositif de protection contre les surtensions est interposé entre les électrodes D et G et tes entrées non inverseuses des amplificateurs opérationnels A1 et A2. Ce dispositif comprend des résistances R51 et R52 connectées entre Les électrodes D et G respectivement et la masse, le circuit paraLlèle de deux diodes D1, D3 montées tête bêche et d'un condensateur C1 connecté entre L'entrée non inverseuse de L'amplificateur opérationnel A1 et la masse et le circuit parallèle de deux diodes D2, D4 et d'un condensateur C2 connecté entre L'entrée non inverseuse de L'amplificateur opérationnel A2 et la masse. Le circuit 2 de la fig. 2, relié à la sortie de L'étage 1 par un condensateur de liaison C3 comprend un filtre actif passe-bas constitué autour d'un amplificateur opérationnel A3 dont L'entrée inverseuse est reliée à la masse par L'intermédiaire d'une résistance ajustable P2 permettant Le réglage de la fréquence de coupure, en série avec une résistance R7. Un condensateur C4 en parallèle sur une résistance R10 est connecté entre L'entrée inverseuse et la sortie de l'amplificateur opérationnel A3, tandis que l'entrée non inverseuse de L'amplificateur opérationnel A3 est reliée par une résistance R9 au condensateur de liaison C3 et à une extrémité d'une autre résistance R8 dont l'autre extrémité est à La masse. Le filtre actif passe-bas de L'étage 2 est relié par un condensateur de liaison C5 à un dispositif passif à constante de temps comprenant une résistance R12 connectée entre le condensateur C5 et La sortie du circuit 2, une résistance R11 connectée entre La masse et Le point commun au condensateur C5 et à la résistance R12 et un condensateur C6 connecté entre la masse et la sortie de L'étage 2. L'étage d'adaptation 3 comprend, de façon classique, un amplificateur opérationnel A4 monté en suiveur dont l'entrée inverseuse est bouclée sur la sortie. Le circuit 4 de détection à seuil relié par un condensateur de liaison C7 à la sortie de L'étage d'adaptation 3 comprend un amplificateur opérationnel A6 dont les entrées inverseuse et non inverseuse sont reliées à la masse par des résistances R24, R25, respectivement, et une résistance ajustable P connectée entre L'entrée inverseuse et la sortie de 3 L'amplificateur opérationnel A6 pour faire varier le gain de ce dernier et assurer un réglage du seuil du circuit 4. La sortie de l'amplificateur opérationnel A6 est reliée par un condensateur de liaison C8 à L'anode d'une diode D6 dont la cathode est reliée par une résistance R27 à la base d'un transistor T1 pilotant un circuit de commutation A7. L'anode de la diode D6 est, par ailleurs, connectée à la cathode d'une seconde diode D5. Un condensateur C9 est monté en paraLlèle avec une résistance R26 entre La cathode de la diode D6 et L'anode de la diode D5, elle-même reliée comme L'émetteur du transistor T1 à une source d'aLimentation négative. Le circuit de commande 5 comprend, en outre, des résistances de polarisation R28 et R29, ainsi qu'un condensateur C10 monté en parallèle sur L'espace collecteur-émetteur du transistor T1. Le circuit 8 comporte un commutateur électronique A10 pilote par le circuit de commutation A7 et présentant une sortie S à L'état haut lorsqu'on est en présence d'une période d'activité cérébrale. Une diode électroluminescente D9 montée en série avec une résistance R30 entre la sortie S et La source d'alimentation négative du transistor T1 est allumée lorsque la sortie S est à L'état haut après détection d'un signal supérieur au seuil prédéterminé dans le circuit 4. Les circuits 6 et 7 comprennent chacun un commutateur électronique A8, A9, respectivement, piloté par le circuit de commutation A7. Le signal disponible en sortie de L'étage d'adaptation 3 est appliqué par l'intermédiaire d'une résistance R13 directement à l'entrée du commutateur électronique A8, dont la sortie est reliée, d'une part, à L'électrode GS et, d'autre part, à la masse par une résistance R16. L'entrée du commutateur A8 connectée à la résistance R13 est, par ailleurs, connectée à des résistances de polarisation R14, R15. Le signal disponible en sortie de l'étage d'adaptation 3 est, par ailleurs, appliqué par L'intermédiaire d'un circuit déphaseur de 1800 et d'une résistance R20 à L'entrée du commutateur électronique A9, dont la sortie est reliée, d'une part, à L'électrode D5 et, d'autre part, à la masse par une résistance R23. L'entrée du commutateur Ag connectée à La résistance R20 est, par ailleurs, connectée à des résistances de polarisation R21, R22. Le circuit déphaseur de 1800 est constitué par un amplificateur opérationel A5 monté en inverseur avec des résistances R17, R18, R19 connectées de façon classique aux entrées et à La sortie de l'amplificateur opérationnel A5. La sortie S du circuit 8 est reliée par une résistance R31 et un photocoupleur A11, dont le phototransistor est polarisé par une résistance R32, à un circuit 9 d'élaboration des signaux de contrôle dont un exemple de réalisation est représenté (fig. 3). Le circuit 9 qui ne traite que des signaux logiques est isolé du circuit électronique amont par Le photocoupleur A11 et peut être constitué de bascules A14, A15, A16 réalisées à partir de circuits intégrés et associés, de façon classique, a des condensateurs extérieurs C14 à C18 et à des résistances extérieures R37 à R39. La forme des signaux CE, LA et RS, engendrés par Les bascules A14, A15, A16 respectivement est représentée sur la fig. 7. Par ailleurs, des signaux d'horloge CP, par exemple à une fréquence de 1 Hz, peuvent être produits par exemple par division de la fréquence du réseau d'aLimentation selon le schéma de la fig. 4. Selon ce mode de réalisation, Le signal provenant du secondaire d'un transformateur est appliqué à la base d'un transistor T2 par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas R33, C11, suivi d'une résistance R34 et d'une diode Zener Z2 Une diode Zener Z1, en parallèle sur le condensateur C11 du circuit R33, C11 assure un écrétage du signal.Le transistor T2Édont le collecteur et la base sont connectés à des résistances de polarisation R36, R35 respectivement fonctionne en tout ou rien et assure une mise en forme du signal appliqué sur la base du transistor T2. Le collecteur du transistor T2 est relié à deux circuits diviseurs A12 et A13, montés en cascade et associés à des condensateurs C12, C13. Les circuits diviseurs A12 et A13 assurent des divisions par exemple par 10 et par 5 si la fréquence du secteur est de 50 Hz et permettent de disposer d'un signal d'hcrloge CP ramené à 1 Hz. La fig. 5 montre un exemple de réalisation du circuit 10 de chronométrage et d'affichage. Le chronométrage est effectué par trois compteurs A17, A18 et A19 montés en cascade permettant d'obtenir une durée codée sur trois chiffres. On dispose ensuite de trois circuits décodeurs A20, A21 et A22 chargés de convertir un nombre binaire en un code approprié permettant de piloter les afficheurs sept segments A26, A27 et A28, par l'intermédiaire des circuits driver A23, A24 et A25. Ces circuits sont tout-à-fait classiques et permettent de réaliser le chronométrage et L'affichage des diverses périodes d'interruption de L'activité cérébrale (temps de silence). La fig. 6 montre un exemple de réalisation du circuit 11 de contrôle des électrodes, comprenant un amplificateur opérationnel A29 et un pont constitué par les résistances R43, R44, R45, R46 dont le réglage du seuil de la bonne fixation des électrodes est effectué par le potentiomètre P4. Les deux électrodes D et G sont, successivement, contrôlées par action sur les interrupteurs jumelés I3, 14. Le contact mobile de l'interrupteur 13 peut être mis sélectivement en contact avec L'électrode droite D ou L'électrode gauche G, tandis que Le contact mobile de l'interrupteur 14 est lui-même mis sélectivement en contact avec l'anode d'une diode électroluminescente D9 ou d'une diode électroluminescente mîo. Le contact mobile de L'interrupteur I3 est relié par un circuit composé de la résistance 42 et du condensateur C26 à une entrée de l'amplificateur opérationnel A29 reliée au point commun entre les résistances R44 et R46, tandis que l'autre entrée de l'amplificateur opérationnel A29 est reliée au curseur du potentiomètre P4. Un condensateur C27 est connecté entre les deux entrées de l'amplificateur opérationnel A29, tandis que la sortie de ce dernier est reliée par une résistance R47 et une diode D8 au contact mobile de l'interrupteur 14. Le point commun entre les résistances R43 et R44 du pont de mesure est relié par une résistance R41 à une source d'alimentation positive tandis que Le point commun entre les résistances R45 et R46 est relié par une résistance R40 à une source d'alimentation négative.Les diodes de Zener Z3 et Z4 assurent une stabilisation de l'alimentation du montage. Le dispositif de contrôle 11 de la fig. 6 permet de déterminer avant toute utilisation du dispositif de mesure si les électrodes D et G sont bien connectées, c'est-à-dire si la résistance entre chaque électrode et la peau est suffisamment faible. La fig. 7 est un exemple de signaux de commande du circuit de chronométrage et d'affichage représenté à la fig. 5. Le premier diagramme représente un signal CE indiquant la présence ou l'absence d'activité cérébrale. Ce signal se trouve à L'état haut pendant Les périodes d'activité et à L'état bas pendant les périodes d'inactivité. Le deuxième diagramme représente un signal LA présentant une impulsion déclenchée par le front descendant du signal CI au début de chaque phase d'inactivité. Le troisième diagramme RS représente un signal RS composé d'impulsions déclenchées par chaque front montant du signal précédent LA. L'appareil selon l'invention peut être fabriqué à un coût relativement faible et il est d'un mainiement aisé, puisqu'il ne nécessite que La fixation de deux électrodes, alors qu'un appareil du type électroencéphalographe en comporte une douzaine. Le dispositif d'affichage permet une surveillance précise des périodes d'inactivité cérébrale et les signaux issus des deux sorties analogiques Gs et DS peuvent être observés, au besoin, par n importe quel appareil de visualisation classique, tel qu'un oscilloscope ou un traceur graphique. L'invention n'est pas Limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Appareil de contrôle de l'activité cérébrale d'un patient par traitement du signal capté à L'aide de deux électrodes placées de chaque côté de la tête de ce patient, caractérisé en ce qu'il comprend : - un circuit (1) d'amplification différentielle de la tension recueillie entre les deux électrodes, - un circuit (2) de filtrage passe-bas à constante de temps, - un étage d'adaptation (3), - un circuit (4) de détection à seuil chargé d'indiquer la présence d'activité ou d'inactivité cérébrale. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que Le circuit (1) d'amplification différentielle comprend un circuit (P1, R3, R4, R5, A1) d'équilibrage du gain d'amplification sur chacune des voies de l'amplificateur différentieL (1). 3 - Appareil selon la revendication 1 ou La revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de détection à seuil (4) pilote un circuit (5) de commande de commutateurs électroniques. 4 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que Le signal issu de l'étage d'adaptation (3) est appliqué à une première borne de sortie (GS) par L'intermédiaire d'un circuit (6) comprenant un premier commutateur électronique (A8) et à une deuxième borne de sortie (DS) par l'intermédiaire d'un circuit (7) comprenant un deuxième commutateur électronique (A9), Lesdits premier et deuxième commutateurs électroniques étant commandés par le circuit (5) en fonction de la présence ou de L'absence d'activité cérébrale. 5 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit (7) reliant L'étage d'adaptation (3) à la deuxième borne de sortie (DS) comprend, en outre, un circuit déphaseur de 1800 interposé entre l'étage d'adaptation (3) et le deuxième commutateur électronique (A9). 6 - Appareil selon La revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (8, 9, 10) de chronométrage et d'affichage de la durée d'inactivité cérébrale commandé par le circuit (5). 7 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fréquence de base du dispositif de chronométrage (8, 9, 10) est obtenue par division à partir de la fréquence du réseau d'alimentation de l'appareil. 8 - Appareil selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (11) de contrôle d'une bonne fixation des électrodes. 9 - Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif (11) de contrôle d'une bonne fixation des électrodes (G et D) comprend un circuit en pont (R43, R44, R45, R46, P4) associé à un amplificateur opérationnel (A29) dont une entrée peut être connectée sélectivement à une électrode de mesure (D ou G) et la sortie peut être connectée sélectivement à un organe de visualisation (D9 ou D10).