Brevet FR2605210A1 — publié le 19880422

DISPOSITIF DE SURVEILLANCE DE L'ACTIVITE D'UN ORGANE DU CORPS HUMAIN DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif de surveillance de L'activité d'un organe du corps humain. Elle s'applique à la surveillance de l'activité d'organes tels que l'estomac, les intestins, etc. Elle permet à un patient de contr8ler volontairement la motricité de l'organe étudié par une technique de contre-réaction connue sous le nom de biorétroaction. Elle permet en fait de connaître le niveau d'activité d'un organe, et elle permet au patient de contr8ler ce niveau. La biorétroaction digestive consiste pour un patient, par exemple à visualiser une courbe représentative de l'activité gastrique; le patient peut alors contr8ler cette activité par contraction ou décontraction musculaire, ou tout simplement par une plus ou moins grande relaxation psychique. La visualisation d'une courbe représentative de cette activité, notamment l'activité gastrique, est très difficile puisque cette activité n'évolue que dans le domaine des très basses fréquences (fréquences inférieures à 0,2 hertz). Il n'existe pas actuellement d'appareil performant permettant d'effectuer, en temps réel, une biorétroaction pour des organes dont l'activité se situe dans le domaine des très basses fréquences, notamment la biorétroaction digestive. Les appareils actuellement connus qui permettent d'effectuer des biorétroactions, notamment digestives, ne sont pas performants et causent des traumatismes pour le patient. En effet, les appareils mesurant les rythmes digestifs par exemple utilisent de sondes gastriques ou coliques, des sondes à ballonnet, des microballons sondes, etc., qui sont introduits dans l'estomac du patient; ceci provoque chez le patient un désagrément qui modifie et perturbe la motricité gastrique ou 2 2 6 605210 colique, ce qui rend la biorétroaction peu significative. Les dispositifs connus qui permettent de surveiller l'activité d'un organe du corps humain mais qui ne permettent pas, notamment d'effectuer une biorétroaction digestive, comprennent généralement deux capteurs placés à proximité de l'organe à surveiller; ces capteurs fournissent en différentiel sur une sortie, un signal électrique représentatif de l'activité de cet organe. Ce dispositif connu comprend aussi des moyens d'amplification et de filtrage, reliés par une entrée à la sortie du capteur; ces moyens d'amplification et de filtrage fournissent sur une sortie un signal amplifié et filtré du signal d'entrée. Ce signal est fourni à un convertisseur analogique- numérique qui fournit sur une sortie des valeurs numériques représentatives du signal analogique amplifié et filtré. Ces valeurs numériques sont appliquées à des moyens de traitement fournissant sur une sortie un signal caractéristique de l'activité de l'organe. Des moyens d'exploitation visuelle, par exemple, reçoivent ce signal caractéristique pour que le patient puisse contrôler l'organe étudié par biorétroaction. Ces dispositifs connus de surveillance ne peuvent être utilisés que pour des organes dont l'activité (rythme) est traduite par des signaux de basses ou moyennes fréquences, mais non par des signaux de très basses fréquences (cas du système gastrique). L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réaliser un dispositif de surveillance de l'activité d'un organe du corps humain, permettant à un patient de contr8ler l'activité de cet organe par biorétroaction, cette activité évoluant dans le domaine des très basses fréquences. L'invention a pour objet un dispositif de surveillance de l'activité d'un organe du corps humain, comprenant au moins une paire de capteurs montés en différentiel, placés à proximité de l'organe à surveiller et fournissant en différentiel sur leurs sorties respectives des signaux électriques représentatifs de l'activité de cet organe, des moyens d'amplification et de filtrage reliés par des entrées respectives aux sorties des capteurs, et 3 260 5 2 1 0 fournissant sur une sortie un signal différentiel amplifié et filtré des signaux d'entrées, un convertisseur analogique- numérique relié par une entrée à la sortie des moyens d'amplification et de filtrage pour fournir sur une sortie des valeurs numériques correspondant au signal analogique amplifié et filtre d'entrée, des moyens de traitement reliés par une entrée à la sortie du convertisseur pour traiter les valeurs numériques et pour fournir sur au moins une sortie un signal caractéristique de l'activité de l'organe, et des moyens d'exploitation visuelle et/ou sonore de ce signal caractéristique, reliés à la sortie des moyens de traitement, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent un processeur dont une entrée et une sortie constituent respectivement l'entrée et la sortie des moyens de traitement, des moyens de mémorisation reliés au processeur pour enregistrer lesdites valeurs numériques à traiter et pour enregistrer un programme de traitement de ces valeurs numériques par échantillonnage correspondant à chaque période d'une succession de périodes prédéterminées, le début d'une période étant décalé d'un intervalle de temps prédéterminé par rapport au début de la période précédente de ladite succession, le programme de traitement calculant la transformée de Fourier de ces valeurs numériques sur chaque période pour obtenir dans chaque intervalle de temps prédéterminé, le spectre de fréquences du signal d'entrée, ce programme commandant ensuite, pour chaque spectre, la sélection du pic du spectre correspondant à l'organe à étudier et la recherche du maximum d'amplitude de ce pic, les moyens de traitement fournissant sur leur sortie un signal représentatif de l'évolution des maximums d'amplitudes des pics des spectres correspondant aux intervalles de temps successifs, ce signal étant caractéristique de l'activité de l'organe. Selon une autre caractéristique, les moyens d'exploitation visuelle sont constitués par un ensemble de visualisation et/ou une imprimante, relié à la sortie des moyens de traitement. Selon une autre caractéristique, les moyens 4 2605210 d'exploitation sonore comprennent un amplificateur relié à la sortie des moyens de traitement et un haut-parleur relié à une sortie de cet amplificateur pour fournir des sons dont la tonalité dépend de l'évolution du signal caractéristique. Selon un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention, celui-ci comprend une pluralité de capteurs placés à proximité de l'organe, les moyens d'amplification et de filtrage comportant pour chaque capteur une voie d'amplification et de filtrage dont une entrée est reliée à la sortie du capteur correspondant, cette voie d'amplification et de filtrage fournissant sur une sortie un signal amplifié et filtré du signal d'entrée, et un multiplexeur analogique ayant des entrées respectivement reliées aux sorties des voies d'amplification et de filtrage et une entrée reliée à une sortie de commande de multiplexage du calculateur, une sortie de ce multiplexeur étant reliée à l'entrée du convertisseur analogique numérique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre donnée en référencce aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention, - la figure 2 représente schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention, - la figure 3A est un chronogramme du signal analogique fourni par un capteur utilisé dans le dispositif de l'invention, - la figure 3B représente le spectre de Fourier des fréquences du signal analogique de la figure 3A, pour une période d'échantillonnage de ce signal, - la figure 3C est un chronogramme représentant l'évolution des maximums des pics du spectre de Fourier, au cours du temps du signal analogique fourni par le capteur, lorsque ce signal subit un traitement de Fourier, par périodes successives égales et décalées d'un intervalle de temps prédéterminé. Dans le mode de réalisation représenté schématiquement sur la figure 1, le dispositif de l'invention comprend une paire 2605210 de capteurs 1, 2, moulés en différentiel, placés à proximité de l'organe 0 à surveiller et fournissant, en différentiel sur leurs sorties respectives, des signaux électriques analogiques représentatifs de l'activité de cet organe. Ces capteurs ne sont pas décrits ici en détail puisqu'ils sont bien connus dans l'état de la technique et qu'ils peuvent être par exemple un capteur de type utilisé dans l'étude du rythme cardiaque. Le dispositif comprend aussi des moyens différentiels d'amplification et de filtrage 3, reliés par leurs entrées respectives aux sorties des capteurs. Ces moyens d'amplification et de filtrage fournissent sur une sortie 5 un signal amplifié et filtré des signaux différentiels d'entrées. Un convertisseur analogique-numérique 6 est relié par une entrée 7 à la sortie 5 des moyens d'amplification et de filtrage 3. Ce convertisseur fournit sur une sortie 8 des valeurs numériques correspondant au signal analogique amplifié et fittré. Le dispositif comprend aussi des moyens de traitement 9 reliés par une entrée 10 à la sortie 8 du convertisseur, pour traiter les valeurs numériques reçues et pour fournir sur au moins une sortie 11, un signal caractéristique de l'activité de l'organe étudié. Enfin, le dispositif comprend des moyens 12 d'exploitation visuelle et/ou sonore de ce signal caractéristique. Ces moyens d'exploitation sont reliés à la sortie 11 des moyens de traitement 9, pour recevoir le signal caractéristique. Les moyens de traitement 9 comprennent un calculateur 13 dont une entrée et une sortie constituent respectivement l'entrée 10 et la sortie 11 des moyens de traitement. Ces moyens de traitement comprennent aussi des moyens de mémorisation 14, reliés au processeur 13, pour enregistrer les valeurs numériques à traiter et pour enregistrer Les valeurs résultant de ce traitement, ainsi que pour enregistrer un programme de traitement de ces valeurs numériques; ce programme sera décrit plus loin en détail. 6 260 5 2 1 0 Les moyens de mémorisation 14 peuvent être constitués par exemple par une ou plusieurs mémoires mortes programmables à lecture seule de type PROM ou EPROM, permettant d'enregistrer les programmes de traitement, et par au moins une mémoire à accès aléatoire de type RAM permettant d'enregistrer les valeurs numériques à traiter ainsi que les valeurs résultant de ces traitements. Les moyens de traitement peuvent en outre comporter un clavier de commande 15. Le programme de traitement enregistré dans les moyens de mémorisation 14 du processeur 13 permet tout d'abord d'échantillonner les valeurs numériques fournies par le convertisseur 6, selon des périodes d'une succession de périodes prédéterminées; dans cette succession, le début d'une période est décalé d'un intervalle de temps prédéterminé, par rapport au début de la période précédente de cette succession, comme on le verra plus loin en détail. Le programme de traitement permet en outre, sur chacune de ces périodes, d'effectuer un traitement de Fourier des valeurs numériques; on obtient ainsi pour chaque intervalle de temps prédéterminé, le spectre de Fourier des fréquences du signal d'entrée, pour la période écoulée. Ce programme commande ensuite la recherche du maximum d'amplitude des pics de fréquence du spectre de Fourier pour chaque intervalle de temps. Les moyens de traitement fournissent sur leurs sorties un signal représentatif de l'évolution du maximum d'amplitude des pics des spectres correspondant aux intervalles de temps successifs, ce signal étant caractéristique, comme on le verra plus loin en détail, de l'activité de l'organe. On ne décrira pas ici le programme d'échantillonnage du signal d'entrée, ni le programme de traitement de Fourier et de recherche des maximums d'amplitude, puisque ces différents programmes sont connus dans l'état de la technique. Les moyens 12 d'exploitation visuelle ou sonore peuvent comprendre un ensemble de visualisation 16 et/ou une imprimante, 7 2605210 relié à la sortie 11 des moyens de traitement 9. Sur cette figure, la liaison 17 permet par exemple un échange de signaux de commande entre les moyens de traitement 9 et l'ensemble de visualisation, ou entre cet ensemble et le clavier de commande 15, par l'intermédiaire des moyens de traitement 9. Les moyens d'exploitation 12 peuvent aussi comprendre un amplificateur 18 relié à la sortie 11 des moyens de traitement, et un haut-parleur 19 relié à une sortie de cet amplificateur pour fournir des sons dont la tonalité dépend de l'évolution du signal caractéristique de l'activité de l'organe étudié. Sur l'écran des moyens de visualisation 16 apparait une courbe C représentative de l'évolution de l'activité de l'organe étudié en fonction du temps. Le haut-parleur 19 fournit un son dont la tonalité varie en fonction de l'évolution de l'activité de l'organe étudié. La figure 2 représente schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention. Les mêmes moyens portent les mêmes références sur cette figure et sur la figure 1. Dans ce mode de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de paires de capteurs 20, 21, 22, 23, de type défini plus haut. Ces capteurs sont placés à proximité de l'organe. Les moyens d'amplification et de filtrage 3 comportent, pour chaque capteur, une voie d'amplification et de filtrage- dont une entrée est reliée à la sortie de la paire de capteurs correspondants. Cette voie d'amplification et de filtrage fournit sur une sortie un signal amplifié et filtré des signaux différentiels d'entrées. Les différentes voies d'amplification et de filtrage sont représentées en 24, 25, 26 sur la figure. Les moyens d'amplification et de filtrage comportent aussi un multiplexeur analogique 27, relié aux sorties des voies d'amplification et de filtrage. Ce multiplexeur comprend une entrée de commande 28 reliée à une sortie de commande du calculateur 13, pour recevoir un signal de commande de multiplexage obtenu grâce à une horloge interne du calculateur, non représentée sur la figure. 8 2605210 Une sortie de ce multiplexeur est reliée à l'entrée 7 du convertisseur analogique-numérique 6. Comme dans le mode de réalisation précédent, on distingue aussi sur cette figure les moyens de traitement 9 comportant Le calculateur 13 et les moyens de mémorisation 14, ainsi que le clavier de commande 15. Les moyens d'exploitation visuelle ou sonore comprennent aussi, comme précédemment, un ensemble de visualisation 16 et/ou un amplificateur 18 relié à un haut-parleur 19. Dans ce mode de réalisation le-dispositif permet de sélectionner les signaux les plus significatifs fournis par un ou plusieurs des capteurs, de manière à effectuer une surveillance plus précise de l'activité de l'organe étudié. Les figures 3A, 3B, 3C vont maintenant permettre de mieux comprendre le fonctionnement du dispositif de l'invention. Le chronogramme de la figure 3A représente les variations d'amplitude S, en fonction du temps t, du signal de sortie de l'un des capteurs du dispositif. Conformément à l'invention, ce signal est appliqué à un convertisseur analogique-numérique et les valeurs numériques obtenues sont échantillonnées sur des périodes d'une succession de périodes prédéterminées de durée T. Sur cette figure, on a représenté par T1=T la première de ces périodes d'échantillonnage. Selon l'invention, le début de la deuxième période d'échantillonnage T2, de même durée T, est décalé par rapport au début de la période T1 précédente, d'un intervalle de temps prédéterminé AT. De la même manière le début de la troisième période d'échantillonnage T3 de durée T est décalé par rapport au début de la période précédente T2, de l'intervalle de temps prédéterminé AT. Ainsi, les moyens de mémorisation 14 du calculateur 13 enregistrent à la sortie du convertisseur analogiquenumérique 6, les valeurs numériques correspondant à ces différentes périodes décalées. On effectue ensuite, en temps réel et pour les valeurs numériques correspondant à chacune de ces périodes, un traitement 9 2 60 52 10 de Fourier de manière à obtenir le spectre de fréquences du signal d'entrée pour chaque période. Ce spectre de fréquences, pour l'une des périodes considérée est représenté en exemple sur la figure 3B (amplitude F du spectre en fonction des fréquences f). Ce spectre peut comporter plusieurs pics tels que P1, P'I. Dans ce spectre F on sélectionne le pic relatif à l'activité de l'organe étudié en choisissant le pic P1 qui se situe dans la bande de fréquence spécifique de l'organe étudié, tandis que le pic P'1, généralement d'amplitude inférieure, est relatif à l'activité d'un autre organe. On obtient ainsi une succession de spectres de fréquences, calculés sur des périodes T décalées les unes par rapport aux autres d'un intervalle de temps,T. En fait, le spectre de Fourier calculé au cours de la période T1 est obtenu à la fin de cette période, au cours de l'intervalle de temps AT suivant. Les moyens de traitement permettent de ne retenir dans le spectre relatif à chaque période que l'amplitude maximum du pic tel que P1. Les valeurs de ces amplitudes maximum, pour les spectres correspondant à chaque période d'échantillonnage, sont bien entendu enregistrées dans les moyens de mémorisation. La figure 3C est un chronogramme qui représente en fonction du temps t, l'évolution du maximum d'amplitude F des MAX pics P1 successifs, pour les différentes périodes d'échantillonnage. Cette évolution est représentée par la courbe C qui correspond au signal caractéristique fourni sur la sortie 11 du calculateur 13. Ce signal est appliqué soit aux moyens de visualisation 16, pour faire apparaître la courbe C sur l'écran de ces moyens de visualisation, soit à l'entrée de l'amplificateur 18, pour que le haut-parleur 19 fournisse un son de tonalité variable correspondant à cette courbe. Le début de la courbe C ne peut en fait apparaître qu'à partir de la fin de la première période d'échantillonnage, puisque le calculateur 13, au cours de cette période, traite les valeurs numériques correspondant à l'échantillonnage du signal sur cette période; le spectre de Fourier correspondant ne peut 260 5 2 10 donc être obtenu qu'au cours de l'intervalle de temps AT débutant à la fin de cette première période T1. On a représenté en exemple sur cette figure le pic P1 d'amplitude maximum, obtenu par traitement de Fourier des valeurs numériques correspondant à l'échantillonnage du signal sur la première période T1. De la même manière, on a représenté en P2 le pic du spectre de Fourier, d'amplitude maximum, obtenu par traitement de Fourier des valeurs numériques correspondant à l'échantillonnage du signal au cours de la période T2. Ce spectre ne peut être obtenu qu'à la fin de la période T2, au cours de l'intervalle de temps &T qui suit la fin de cette période T2. Ainsi, la courbe C est l'enveloppe des maximums des pics des spectres de Fourier pour les périodes successives. Le patient qui écoute le signal sonore émis par le haut-parleur 19, ou qui voit la courbe C apparaissant sur l'écran des moyens de visualisation 16 peut contrôler l'activité de l'organe étudié, par contraction ou par décontraction musculaire ou par modification de son état psychique. Le dipositif qui vient d'être décrit permet une réaction du patient en temps réel, sans que celui-ci soit incommodé par des sondes internes. Ce dispositif permet d'effectuer ainsi une biorétroaction, notamment pour le contrôle,- par un patient, du niveau d'activité stomacale par exemple. 11 2605210 REVENDICATIONS 1. Dispositif de surveillance de l'activité d'un organe du corps humain, comprenant au moins une paire de capteurs (1, 2) montés en différentiel, placés à proximité de l'organe (0) à surveiller et fournissant, en différentiel sur leurs sorties (2) respectives des signaux électriques représentatifs de l'activité de cet organe, des moyens (3) différentiels d'amplification et de filtrage reliés respectivement par des entrées aux sorties (3) des capteurs (1, 2) et fournissant sur une sortie (5) un signal amplifié et filtré des signaux différentiels d'entrées, un convertisseur analogique-numérique (6) relié par une entrée (7) à la sortie (5) des moyens d'amplification et de filtrage (3) pour fournir sur une sortie (8) des valeurs numériques correspondant au signal analogique amplifié et filtré d'entrée, des moyens de traitement (9) reliés par une entrée (10) à la sortie (8) du convertisseur (6) pour traiter les valeurs numériques et pour fournir sur au moins une sortie (11) un signal caractéristique de l'activité de l'organe (0), et des moyens (12) d'exploitation visuelle et/ou sonore de ce signal caractéristique, reliés à la sortie (11) des moyens de traitement (9), caractérisé en ce que les moyens de traitement (9) comprennent un processeur (13) dont une entrée (10) et une sortie (11) constituent respectivement l'entrée et la sortie des moyens de traitement (9), des moyens de mémorisation (14), reliés au calculateur (13) pour enregistrer lesdites valeurs numériques à traiter et pour enregistrer un programme de traitement de ces valeurs numériques par échantillonnage correspondant à chaque période (T) d'une succession de périodes prédéterminées, le début d'une période étant décalé d'un intervalle de temps prédéterminé (LT) par rapport au début de la période précédente de ladite succession, le programme de traitement commandant le calcul de la transformée de Fourier de ces valeurs numériques sur chaque période (T) par le processeur, pour obtenir dans chaque intervalle de temps prédéterminé (4T), le spectre de fréquences du signal d'entrée, 12 260 5 2 10 ce programme commandant ensuite, pour chaque spectre, la sélection du pic (P1) du spectre correspondant à l'organe à étudier et la recherche du maximum d'amplitude du pic (P1), les moyens de traitement fournissant sur leur sortie (11) un signal (S) représentatif de l'évolution des maximums d'amplitudes des pics des spectres correspondant aux intervalles de temps successifs (ET), ce signal étant caractéristique de l'activité de l'organe (0). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'exploitation visuelle sont constitués par un ensemble de visualisation (16) et/ou une imprimante, relié à la sortie (11) des moyens de traitement (9). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'exploitation sonore comprennent un amplificateur (18) relié à la sortie (11) des moyens de traitement (9) et un haut-parleur (19) relié à une sortie de cet amplificateur pour fournir des sons dont la tonalité dépend de l'évolution du signal caractéristique (S). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de capteurs (20, 21,..., 23) placés à proximité de l'organe (0), les moyens (3) d'amplification et de filtrage comportant pour chaque capteur une voie (24 ou... 26) d'amplification et de filtrage dont une entrée est reliée à la sortie du capteur correspondant, cette voie d'amplification et de filtrage fournissant sur une sortie un signal amplifié et filtré du signal d'entrée, et un multiplexeur analogique (27) ayant des entrées respectivement reliées aux sorties des voies d'amplification et de filtrage et une entrée (28) reliée à une sortie de commande de multiplexage du calculateur (13), une sortie de ce multiplexeur étant reliée à l'entrée (7) du convertisseur analogique numérique (6).