Brevet FR2599504A1 — publié le 19871204

L'invention se rapporte à un procédé de détection de la variation d'opacité d'un milieu. L'invention se rapporte également aux moyens pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'aux dispositifs pourvus de ces moyens. Notamment mais non exclusivement, l'invention intéresse les dispositifs qui permettent de capter le pouls en détectant les variations d'opacité des tissus vivants dues au passage du flux sanguin et en calculant la fréquence du phénomène. Dans ce domaine, on connait de nombreux dispositifs. Généralement ces dispositifs mettent en oeuvre un élément photo-détecteur et un circuit d'analyse des signaux issus de ce dernier. Pour eclairer les tissus vivants et/ou l'épiderme, ces dispositifs mettent généralement en oeuvre une source lumineuse commandée et notamment une source lumineuse infra-rouge. Cette source nécessite évidemment une alimentation électrique qui lui est propre et qui augmente l'encombrement, le poids et surtout le coût de foncti-onnement du dispositif. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un dispositif permettant d'utiliser à chaque fois qu'elle est disponible, la lumière ambiante comme source d'éclairement des tissus ce qui oblige évidemment à s'affranchir des fluctuations de cet éclairage ambiant, lesquelles fluctuations rendraient aléatoire la détection de variations d'opacité puisque ce simple montage évoqué plus haut, semblable à un demi-pont de WHEATSTONE ne permettait pas de différencier les variations dues au passage du sang de celles qui seraient dues aux variations de la lumière reçue. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détection de la variation d'opacité d'un milieu au moyen d'éléments photo-détecteurs, notamment caractérisé en ce que - parallèlement à la détection de la variation d'intensité lumineuse perçue au travers du milieu considéré, on détecte la variation de l'intensité de l'éclairement que ce milieu reçoit et on forme au moins un signal représentatif de cette variation d'intensité d'éclairement, - on compare les résultats de ces deux détections et, - à partir du signal résultant de cette comparaison, on élabore au moins un signal représentatif des variations d'opacité réelles du milieu. L'invention a également pour objet les moyens en vue de la mise en oeuvre du procédé, lesquels sont principalement caractérisés en ce qu'ils comprennent - en plus de l'élément photo-détecteur sensible aux variations de l'intensité lumineuse perçue au travers du milieu et ci-après dit élément primaire, au moins un autre élément photo-détecteur dit élément secondaire sensible aux variations de l'intensité de l'éclairement reçu par le milieu et délivrant au moins un signal de sortie en fonction de l'intensité de cet écl ai renent, - au moins un moyen permettant de comparer entre eux les signaux de sortie des éléments primaire et secondaire et d'élaborer un signal représentatif des variations d'opacité réelles du milieu. Elle concerne enfin le dispositif pourvu de ces moyens. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement - figure 1 : un schéma synoptique d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention, - figure 2 : un graphique représentant l'évolution des signaux de sortie de deux éléments photo-détecteurs sensiblement identiques en fonction de l'éclairement qu'ils reçoivent, - figures 3 et 4 : des formes préférées de mise en oeuvre de l'invention. En se reportant au dessin, on voit qu'un dispositif 1 permettant de détecter les variations d'opacité 2 d'un milieu 3, tel un tissu vivant soumis à un rayonnement lumineux 4 tel un rayonnement infra-rouge, comprend au moins un élément photo-détecteur 5 ci-après désigné élément primaire placé sensiblement au contact du dit milieu 3 et au moins un circuit d'analyse 6 de son signal analogique de sortie 7 image des variations d'opacité détectées. L'élément photo-détecteur peut par exemple être du type photo-électrique ou photo-résistant. Selon l'invention, pour supprimer l'influence des variations de l'intensite de l'éclairement reçu par le milieu - parallelement à la détection de la variation de l'intensite lumineuse perçue au travers du milieu 3, on détecte la variation de l'intensité de l'éclairement que le milieu reçoit et on forme au moins un signal 10 représentatif de cette variation d'intensité d'éclairement, - on compare les résultats 7, 10 de ces détections et, - à partir du signal résultant de cette comparaison, on élabore au moins un signal ll representatif des variations d'opacité réelles 2 du milieu 3. On note que le rayonnement 4 reçu par le milieu 3 et qui le traverse au moins localement peut de ce fait être issu d'une source 8 propre au dispositif et/ou résulter de l'éclairement disponible dans la zone où se situe le milieu 3 tel la lumière du jour. A cet effet, les moyens en vue de la mise en oeuvre de ce procédé comprennent - en plus de l'élément photo-détecteur 5, sensible aux variations de l'intensité lumineuse issues du milieu 3 et ci-après dit élément primaire, au moins un autre élément photo-detecteur 9 dit élément secondaire sensible aux variations de l'intensité lumineuse et que l'on expose au même éclairement que celui reçu par le milieu 3 pour qu'il délivre au moins un signal de sortie 10 fonction de l'intensité de cet éclairement, - au moins un moyen 12 permettant de comparer entre eux les signaux de sortie 7 et 10 des éléments primaire 5 et secondaire 9 et d'élabore# un signal 11 représentatif des variations d'opacité réelles 2 du milieu 3. Dans un mode préféré de réalisation, pour constituer au moins chacun des éléments photo-détecteurs primaire 5 et secondaire 9, on utilise des organes 13, 14 qui, pour délivrer un signal de sortie 7, 10, nécessitent chacun au moins un signal d'alimentation 15, 16. Dans une variante de réalisation, pour optimiser les signaux fournis par des éléments primaire et secondaire en fonction de l'intensité lumineuse reçue par le milieu, on influence au moins l'un des signaux 7 et 10 précédemment obtenus pour qu'il atteigne des valeurs minimale et maximale situées dans la zone de réponse linéaire 28 commune aux éléments photo-détecteurs primaire 5 et secondaire 9 qui permettent d'élaborer les dits signaux 7, 10. Dans une forme préférée du procédé, pour influencer ainsi les signaux 7 et 10, au moyen d'un troisième élément photo-détecteur 17 dit élément tertiaire que l'on dispose de manière à ce qu'il reçoive le même éclairement que le milieu 3, on élabore au moins un signal de sortie 18 avec lequel on asservit les dits éléments photo-détecteurs primaire 5 et secondaire 9. Les moyens en vue de la mise en oeuvre du procédé de l'invention comprennent donc en plus des éléments photo-détecteurs primaire 5 et secondaire 9 au moins un moyen 17 permettant en fonction de l'intensité de 1 'éclairement reçu par le milieu 3 d'influencer au moins l'un des signaux de sortie 7, 10 des éléments primaire 5 et secondaire 9 pour qu'ils aient chacun des valeurs minimale et maximale situées dans la zone de réponse linéaire commune aux éléments photo-détecteurs primaire 5 et secondaire 9 qui permettent d'élaborer les dits signaux 7, 10. A titre d'exemple les deux premiers photo-détecteurs peuvent être des phototransistors c'est à dire des résistances variables polarisées par des générateurs de courant, en sortie desquels on recueille des variations de tension S qui sont le reflet des variations de l'intensité lumineuse I qu'ils recoivent. Bien entendu, tout autre système de mesure de la lumière et de ses variations convient tel des photo-diodes, des photo-résistances. Ces deux premiers photo-détecteurs mesurent les variations soit d'opacité dues au passage du flux sanguin dans un tissu vivant, soit toute autre variations d'opacité en relation ou non avec le sang et/ou un tissu. La source lumineuse artificielle peut par exemple être une diode photo-émissive. Le troisième photo-détecteur qui mesure également les variations de lumière reçue par le tissu et asservit les deux autres, et qui corrige la polarisation pour maintenir les photo-transistors etfiou tout autre système dans leur zone de fonctionnement linéaire commune peut également consister en un photo-transistor. La correction qu'il impose, évite les phénomènes de saturation, lorsque la lumière est trop intense, ou de blocage, lorsqu'elle est trop faible. Ce troisième photo-détecteur peut aussi asservir la source de lumière artificielle pour lui faire prendre automatiquement le relais de la lumière naturelle en dessous d'un certain seuil d'éclairement déterminé par les caractéristiques des premier et second photo-détecteurs ou au contraire pour l'arrêter au dessus de ce seuil. Ce système assure un fonctionnement continu quelles que soient les conditions d'eclairement tout en minimisant la consommation d'énergie lorsque la lumière naturelle est suffisante. La comparaison des signaux des premier et second photo-détecteurs se fera avantageusement par différence, mais elle pourrait être faite par rapport des deux signaux. Le montage en différentiel permet d'atténuer ou d'éliminer les problèmes de détection lors des variations brutales de la lumière naturelle. La détection du signal peut se faire par transmission ou par réflexion. En cas de détection par transmission, la source de lumière, naturelle ou artificielle, et les deux photo-détecteurs montés en différentiel sont placés de part et d'autre du tissu par exemple de part et d'autre du poignet. En cas de détection par réflexion, la source et les photo-detecteurs sont placés du même côté du tissu, par exemple dans un même boîtier. Dans le schéma propose, la détection est assurée par des photo-transistors. L'invention prévoit que les roles des photo-detecteurs peuvent être permutés, ce qui, avantageusement, selon leur disposition au niveau du milieu 3, permet de choisir les éléments délivrant les signaux les plus représentatifs. Pour déterminer la fréquence du phénomène détecté, un détecteur de crêtes suit l'étage différentiel dont il renforce l'efficacité. Il fournit alors un signal compatible avec l'entrée d'un microcalculateur. Outre le fait qu'il assure une bonne détection du signal, ce montage qui peut n'utiliser que la lumière ambiante et fonctionner donc sans source infrarouge, permet de réduire de manière importante la consommation électrique. Bien que cela apparaisse implicitement dans la description, on note que le circuit d'analyse 6 est conçu pour permettre d'adresser au moins directement le signal de sortie 18 de l'élément tertiaire 17 aux entrées Sa, 9a des éléments primaire 5 et secondaire 9. Le dispositif 1 comprenant les moyens ci-dessus décrits trouve de nombreuses applications, notamment dans le domaine sportif mais également dans le domaine médical. Le circuit d'analyse 6 du dispositif 1 comprend éventuellement, au delà du calculateur 19 de la fréquence 20 des pulsations sanguines, un afficheur 21 de cette fréquence. Dans une variante de réalisation, le dispositif comprend en outre un moyen de conversion 22 de la fréquence 20 des pulsations sanguines en un signal 23 représentatif du rythme respiratoire 24 et un afficheur 25 de ce signal ou d'une information qui en découle. Dans un mode préféré de réalisation, le calculateur 19, le moyen de conversion 22 et les afficheurs 21, 25 sont reliés à la sortie 26 du circuit d'analyse 6 par une télétransmission 27. Cette disposition est particulièrement avantageuse dans les applications médicales de manière à ne pas entraver les mouvements du patient. Ainsi constitué, le dispositif proposé permet par exemple une mesure et une lecture du rythme cardiaque aussi bien au repos qu'au cours d'une activité même intense. La détection peut par exemple se faire au niveau du poignet à l'aide d'un ensemble diode infrarouge phototransistor intégré à un boîtier étanche monté sur un bracelet (non représenté). Les phototransistors détectent les variations d'opacité des tissus lors des pulsations cardiaques et, après mise en forme, le signal issu des phototransistors commande les circuits de calcul et d'affichage. La mesure et l'affichage de la fréquence cardiaque peuvent être réalisés selon une périodicité réglable. La mesure peut ainsi se faire a partir du temps écoulé entre deux battements cardiaques, mais aussi pour réaliser une mesure plus fiable, elle peut être réalisé å partir du temps écoulé au cours de plusieurs pulsations. La fréquence affichée constitue alors la moyenne calcul-ée sur plusieurs battements. De préférence, le dispositif comprend une ou plusieurs alarmes 29 qui peuvent être déclenchées à différents niveaux du rythme cardiaque et notamment aux niveaux inférieur etiou supérieur qui seront programmables par l'utilisateur en fonction, par exemple, de données médicales. De préférence, les fréquences extrêmes sont mémorisées et peuvent être affichées a la demande. Dans une autre forme avantageuse de réalisation, le dispositif comprend également - un chronomètre 30 qui permet la mesure de la durée d'une activité, sportive par exemple et du temps de récupération (retour à la fréquence cardiaque de base), - un podomètre 31 qui enregistre les mouvements de balancement du membre portant le dispositif qu'il s'agisse de la jambe ou de l'avant bras, dont les mouvements sont généralement synchrones des mouvements des jambes. Ce potomètre permet un calcul de la distance approximativement parcourue en fonction de la valeur moyenne de sa foulée que l'utilisateur aura préalablement enregistrée dans une mémoire supplémentaire. De préférence, le dispositif est egalement prévu pour que, si l'utilisateur le désire, il puisse programmer une distance maximum à parcourir ou une durée déterminêe. Dans ce cas, une alarme peut être déclenchée quant la distance programmée est parcourue ou quand le temps de course est écoulé. Par sa conception, la présence d'alarmes auditives et/ou visuelles et son système de mesure du temps et de la distance, le dispositif permet d'optimiser la pratique de sport et d'atténuer les risques d'accidents cardiaques liés à une pratique trop brutale. Dans cette utilisation, le dispositif comprend, en plus des moyens de captation et d'analyse déjà décrit, un certain nombre d'autres moyens (non représentés) qui permettent - la mise en marche générale, - la mise en marche du chronomètre 30, - la mise en marche du podomètre 31, - la programmation des différentes alarmes, de la longueur de la foulée, de la distance souhaitée ou du nombre de mouvements de l'avant bras, du temps souhaité etc ... - la mémorisation temporaire ou définitive de certaines données, - l'affichage des différents résultats ou données. La position de l'ensemble (source lumineuse, phototransistor) peut être ajustée par l'utilisateur à la morphologie de son poignet. Dans une application médicale, le dispositif de l'invention peut également être utilisée pour surveiller un rythme respiratoire. En effet, on sait que la fréquence cardiaque présente des variations régulières qui sont fonction des deux composantes inspiratoire et expiratoire de la respiration. Il est donc possible en analysant les variations de la période cardiaque, notamment le temps entre deux battements, de surveiller le rythme respiratoire d'un organisme. Une apnée prolongée provoque une importante diminution de l'amplitude des variations de la période cardiaque ce qui se traduit par un aplatissement de la courbe qui les représente éventuellement. La fixation d'une durée maximale autorisée d'apnée permet en cas de dépassement de déclencher des alarmes visuelle et/ou auditive telles que décrit précédemment. Pour augmenter sa tolérance chez un patient, le dispositif de surveillance selon l'invention prévoit la transmission sans fil des informations recueillies par le dit dispositif. La transmission radio constitue sans doute le système le plus économe et celui qui pose le moins de problèmes de directivité, mais d'autres systèmes sont possibles. Dans cette application, chaque dispositif doit alors comporter en outre un moyen d'émission vers un dispositif récepteur. Le dispositif récepteur peut être prévu pour traiter les signaux provenant de plusieurs émetteurs (non représentés). Dans ce cas, un codage assure l'identification de chaque émetteur et permet donc la surveillance simultanée de plusieurs patients# grace à un seul boîtier récepteur. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de variations d'opacité d'un milieu (3) tel un tissu vivant soumis à un rayonnement lumineux (4) tel un rayonnement infrarouge au moyen d'un dispositif (1) comprenant au moins un élément photo-détecteur (5) dit élément primaire placé sensiblement au contact du dit milieu (3) et au moins un circuit d'analyse (6) de son signal analogique de sortie (7) image des variations d'intensité lumineuse issues du milieu (3), lequel procédé est CARACTERISE en ce que, pour supprimer l'influence des variations de l'intensité de l'éclairement reçu par le milieu - parallèlement à la détection de la variation de l'intensité lumineuse issue du milieu (3), on détecte la variation de l'intensité de l'éclairement que le milieu reçoit et on forme au moins un signal (10) représentatif de cette variation d'intensité d'éclairement, - on compare les résultats (7, 10) de ces détections et, - à partir du signal (ll) résultant de cette comparaison, on élabore au moins un signal représentatif des variations d'opacité réelles (2) du milieu (3). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, pour optimiser la détection des variations d'opacité du mili-eu, en fonction de l'intensite lumineuse reçue par le milieu, on influence au moins l'un des signaux (7 et 10) précédemment obtenus pour qu'il atteigne des valeurs minimale et maximale dans la zone de réponse linéaire commune aux éléments photo-détecteurs primaire (5) et secondaire (9) qui permettent d'élaborer les dits signaux (7, 10). 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'au moyen d'un troisième élément photo-détecteur (17) dit élément tertiaire que l'on dispose de manière à ce qu'il reçoive le même éclairement que le milieu (3), on élabore au moins un signal de sortie 18 avec lequel on asservit les dits éléments photo-détecteurs primaire (5)# et secondaire (9). 4. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisés en ce qu'ils comprennent - en plus de l'élément photo-detecteur (5) sensible aux variations de l'intensité lumineuse perçue au travers du milieu (3) et ci-après dit élément primaire, au moins un autre élément photo-detecteur (9) dit élément secondaire sensible aux variations de l'intensité lumineuse et que l'on expose au même éclairement que celui reçu par le milieu (3) pour qu'il délivre au moins un signal de sortie (10) fonction de l'intensité de cet éclairement, - au moins un moyen (12) permettant de comparer entre eux les signaux de sortie (7 et 10) des éléments primaire (5) et secondaire (9) et d'élaborer à partir du signal résultant de cette comparaison un signal (ll) représentatif des variations d'opacité réelles (2) du milieu (3). 5. Moyens selon la revendication 4 caractérisés en ce qu'ils comprennent, en plus des éléments photo-détecteurs primaire (5) et secondaire (9), au moins# un moyen (17) permettant de détecter l'intensité de l'éclairement reçu par le milieu (3) et en fonction du résultat obtenu d'influencer au moins l'un des signaux de sortie (7, 10) des éléments primaire (5) et secondaire (9) pour qu'ils aient chacun des valeurs minimale et maximale situées dans la zone de réponse linéaire (28) commune de ces éléments photo-detecteurs primaire (5) et secondaire (9). 6. Moyens selon la revendication 5 caractérisés en ce que le moyen (17) permettant d'influencer au moins l'un des signaux (7, 10) des éléments primaire (5) et secondaire (9) en fonction de l'éclairement ambiant est un élément photo-#détecteur (17) délivrant au moins un signal de sortie (18). 7. Dispositif caractérisé en ce qu'il comprend les moyens selon l'une quelconque des revendications 4 à 6. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'analyse (6) avec un calculateur (19) de la fréquence (20) des pulsations sanguines et un afficheur (21) de cette fréquence. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou #8 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de conversion (22) de la fréquence (20) des pulsations sanguines en un signal (23) représentatif du rythme respiratoire (24) et un afficheur (25) de ce signal. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que le calculateur (19), le moyen de conversion (22) et les afficheurs (21, 25) sont reliés à la sortie (26) du circuit d'analyse (6) par un moyen de télétransmission (27).