Brevet FR2672794A1 — publié le 19920821

La présente invention a pour objet un dispositif de détection et d exploration des bruits physiologiques notamment des bruits ventilatoires ainsi qu'une unité de traitement de ces bruits. On connaît de nombreux moyens d'investigation dans le domaine médical qui permettent d'établir le diagnostic de certaines pathologies et en particulier de pathologies pulmonaires. Dans le cas des maladies chroniques obstructives par exemple, la radiographie pulmonaire est le plus souvent normale, mais l'exploration fonctionnelle respiratoire permet d objectiver la baisse les débits ventilatoires. Or, il se trouve que certains patients ne sont pas en état de participer à une exploration fonctionnelle, sujets Sgéss alités. De plus, il faudrait détecter les signes précurseurs de ces maladies obstructives bien avant qu'elles ne soient constituées. De même, dans le cas des maladies fibrosantes, la structure du poumon devient plus fibreuse, moins élastique ; l'exploration fonctionnelle respiratoire ou les techniques d'imagerie médicale ne permettent d'établir le diagnostic qu'a un stade avancé de la maladie et il serait bon de pouvoir détecter là encore les signes précurseurs de telles maladies. On peut citer également les oedèmes pulmonaires dont le diagnostic est établi facilement à partir d'examens radiographiques ou par auscultation au stethos- cope lorsque l'oedème est constitué et qu'il y a présence de liquide dans les alvéoles. Or, il existe des etapes préalables, notamment la formation d oedème dans les parois alvéolaires et la détection de cet oedème interstitiel présenterait un intérêt considérable pour le pronostic vital. Il existe un moyen d'investigation qui consiste à étudier les propriétés acoustiques actives du système physiologique considéré comme générateur de bruits broncho-pulmonaires, cardiovasculaires, musculaires, laryngés, digestifs notamment. Dans le cas de problèmes broncho-pulmonaires, cette étude consiste habituellement à écouter à l'aide d'un stéthoscope les bruits ventilatoires en différents points de la cage thoracique, mais l'analyse et l interprétation sont subjectives, dépendant de l expérience et de la qualité de l'examinateur. Le brevet EP 0347515 concerne un dispositif d'analyse automatique des bruits respiratoires sur des périodes longues. Un capteur unique dispose au moyen d'une pastille adhésive en un endroit précis, le creux sus-sternal permet de capter les bruits ventilatoires pour les transformer en signaux électriques, signaux qui sont reçus dans un circuit comprenant un échantillonneur / bloqueur, un convertisseur analogique / numérique, un processeur numérique, un micro-ordinateur et un écran de visualisation. Il est ainsi possible d'obtenir un monitorage en temps réel des bruits trachéaux d'un patient. Cette automatisation du suivi stéthacoustîque d'un patient, si elle présente un intérêt certain, ne permet pas une détection préalable de signes précurseurs de certaines pathologies. En effet, le premier problème que pose une telle détection est celui de l acquisition des signaux. Les microphones utilisés doivent store du type à large bande afin de couvrir toutes les fréquences générées par la ventilation or dans l'art antérieur, le spectre étudié est réduit à une bande relativement étroi te à l'aide de filtres, par exemple 200 Hz à 1 KHz pour un microphone acoustique travaillant de façon connue de 10 Hz à 20 KHz. Il se trouve que dans la zone comprise entre 0 Hz et 100 Hz, il y a beaucoup de bruits cardiaques et de bruits musculaires qui créent un bruit de fond préjudiciable à une bonne analyse ultérieure des bruits ventilatoires. a ce bruit de fond il faut ajouter ceux générés par la main de l'utilisateur lorsque le microphone est tenu par l'opérateur ainsi que les défauts engendrés par les variations de température. Dans le cas du microphone plaqué au moyen d'une pastille adhésive, la pression d'application est variable ce qui engendre des défauts importants dans la détection, notamment dans les très basses fréquences. Aussi, un filtre passe-haut permet d'éliminer ces bruits parasites mais il se trouve que les bruits pulmonaires commencent a environ 0,2 Hz, fréquence de la ventilation spontanée et qu'il convient d'analyser le spectre dans une plage comprise entre 0,01 Hz et 20 000 Hz et plus particulièrement entre 0,1 Hz et 5 000 Hz. Il faut donc pouvoir travailler dans les basses fréquences avec un microphone qui n'est pas perturbé par les bruits extérieurs, qui est plaqué avec une pression constante sur la paroi thoracique, qui n'est pas en contact avec l'opérateur de façon que l ac- quisition des données ne soit pas perturbée. Ensuite, il convient de résoudre un second problème qui découle du premier à savoir traiter les signaux acquis pour éliminer le bruit et séparer les sons selon leur origine sans éliminer les basses fréquen ces, de façon à déterminer un spectre spécifique de chaque organe ou système physiologique étudié, présentant des caractéristiques que le praticien peut ensuite interpréter pour établir son diagnostic. A cet effet, le dispositif de détection des bruits physiologiques, notamment des bruits pulmonaires d'un patient, comprend un capteur microphonique et se caractérise en ce que ce capteur comprend un microphone maintenu par un support avec une pression constante au contact de la peau du patient et une unité de traitement des signaux captés par le microphone. Le dispositif se caractérise également en ce que le support comprend une première chambre destinée à recevoir le microphone et au moins une seconde chambre, à dépression, distincte de la première chambre de façon à maintenir le support sur la peau avec une pression constante. Selon un mode de réalisation particulier, le support est cylindrique, les deux chambres étant coaxiales et séparées par une troisième chambre de façon a isoler la première chambre de la seconde. La première chambre comprend des moyens de positionnement du microphone permettant d'obtenir une distance et une orientation constantes par rapport au plan de la peau. Selon une autre caractéristique de l'invention, la première chambre fait saillie par rapport au plan de la face du support en vis à vis de la peau de façon à améliorer l'étanchéité. Selon un mode de réalisation particulier, le microphone comprend un pré-amplificateur intégré. Par ailleurs, ce microphone travaille dans une bande de fréquence comprise entre 0,01 Hz et 20 000 Hz et plus particulièrement entre 0,1 et 5 000 Hz avec une sensibilité de l'ordre de 50 mV/Pa. L invention a également pour objet une unité de traitement des signaux captés. Selon un mode de réalisation particulier, cette unité de traitement comprend un système à quatre voies, la première étant une voie phonie permettant d'enregistrer les bruits cardiaques, la deuxième étant une voie phonie disposée sur la paroi thoracique et comprenant le capteur selon l'invention, la troisième étant une voie de débit ventilatoire de façon à déterminer les phases inspiratoire et expiratoire du cycle et permettant notamment de détecter les instants de débit nul, et la quatrième voie étant une voie électrocardiographique de façon à repérer la survenue des bruits cardiaques. Selon une caractéristique particulière, ces quatre voies sont synchronisées. Selon un mode de fonctionnement particulier, l'échan- tillonnage est réalisé à 15 KHz sur chaque voie. Quant au dispositif utilisé pour surveiller le débit, on peut utiliser un pneumotachographe ou bien un thermocouple. L'unité de traitement comporte également un amplificateur d'isolement assurant l'isolation galvanique entre le patient et l'unité, ainsi qu'un amplificateur opérationnel. L'unité de traitement comprend ensuite des filtres de Bessel à déphasage constant en fonction de la fréquence dans la bande d'analyse. Enfin, l'unité de traitement comprend un convertisseur analogique / numérique et des moyens d'enregistrement de ces données numériques. La capacité de ces moyens de stockage doit permettre d'enregistrer sans interruption les données numériques correspondant aux quatre voies durant une période nécessaire de l'ordre d'une minute pour chaque point d'auscultation et de manière répétée pour une dizaine de points d'auscultation pour chaque patient. L'unité de traitement est complétée par un calculateur à microprocesseur muni d'un logiciel de traitement des données des quatre voies. L'invention est décrite ci-après selon un mode de réalisation particulier en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un schéma bloc de l'unité de traitement, - la figure 2 représente une vue en coupe du support selon l'invention muni de son microphone et appliqué sur un patient, - la figure 3 représente une vue de dessus du support de la figure 2, et - la figure 4 représente une vue de dessous du support de la figure 2. Sur la figure 1 on a représenté une unité de traitement 10 selon l'invention qui utilise le capteur 12 également selon l'invention, associé à trois autres capteurs 14, 16 et 18, respectivement un capteur phonique des bruits du coeur, un électrocardiogramme, un capteur de débit ventilatoire. Ces quatre voies passent à travers quatre préamplificateurs d'isolée ment 20 qui assurent l'isolation galvanique entre le patient et l'unité de traitement proprement dite. Ces préamplificateurs sont suivis d'amplificateurs opérationnels 22, connus en soi, à la suite desquels sont interposés des filtres de Bessel, dont la pente de coupure est à 40 dB et qui travaillent en phase constante selon la fréquence. Ces filtres de Bessel référencés 24 sont suivis d'un multiplexeur 26, du type quatre en un de façon à attaquer le convertisseur analogique numérique (C.G.N.) 28.Le multiplexeur comprend des sorties 27 de commande. Le convertisseur analogique numérique est connecté à un microprocesseur 30 qui pilote le multiplexeur par ses sorties 32, qui comprend une mémoire 34 et qui est relié d'une façon connue en soi à un clavier de commande 36 et à des moyens de visualisation tels qu'un écran 38 et/ou une imprimante 40. Le fonctionnement de cette unité de traitement sera décrit ultérieurement. Sur la figure 2 on a représenté le capteur 12, qui comprend un microphone 120 et un support 122. Le microphone 120 comprend une partie microphone 124 proprement dit et un préamplificateur intégré 126 ainsi qu'un câble de liaison 128. La paroi 130 du microphone proprement dit 124 comprend une grille de protection 132 disposée à proximité de l'extrémité. Le support 122 est cylindrique et comprend une première chambre 136 en position centrale qui est débouchante sur les faces supérieure 138 et inférieure 140 dudit support. Le diamètre de cette première chambre 136 est égal au diamètre intérieur d du microphone proprement dit et comprend un lamage 142 sur lequel l'extrémité inférieure 134 du microphone proprement dit 124 prend appui, le diamètre référencé D étant égal au diamètre extérieur du microphone. Par ailleurs, il est prévu un logement annulaire 144 destiné à recevoir un joint torique 146 qui assure l'étanchéité entre la paroi extérieure du microphone proprement dit et la paroi de la première chambre 136 du support 122. Le support 122 comprend également une deuxième chambre 148 annulaire et concentrique par rapport à la première chambre. Cette seconde chambre est débouchante sur la face inférieure 140 du support disposé en vis à vis de la peau 150 du patient. Cette deuxième chambre est reliée par un canal 152 et un tuyau 154 à des moyens de mise en dépression (non représentés) qui assurent une dépression constante. Ces deux chambres sont séparées par une troisième chambre annulaire 156 concentrique aux deux premières et disposée entre les deux. Cette troisième chambre est débouchante sur la face inférieure 150 de façon identique à la deuxième chambre et elle est reliée à la face supérieure 138 par un canal débouchant 158 d'égalisation de pression. Sur les figures 3 et 4, les mêmes éléments portent les mêmes références et notamment sur la figure 4 on retrouve les trois chambres 136, 148 et 156, concentriques ainsi que les deux canaux de mise en dépression 152 et d'égalisation de pression 158. Le fonctionnement du capteur 12 et de l'unité de traitement 10 sont décrits ci-après. Le capteur 12 est installé sur le patient par apposition du support 122 maintenant le microphone sur la peau du patient. Dés que le capteur est localisé sur l'un des points d'auscultation, généralement au nombre de neuf, la deuxième chambre 148 est mise en dépression par ouverture du circuit d'aspiration. Le capteur 12 est maintenu par son support 122 contre la peau du patient avec une pression constante. La première chambre 136 est entièrement isolée de l'ex- térieur puisqu'elle est isolée d'une part par la peau du patient, d'autre part par les parois de la première chambre et les joints toriques d'étanchéité 146 et par le microphone proprement dit 124 en partie supérieure. De plus, la paroi de la chambre 136 fait saillie sur la face inférieure 140 afin d'améliorer encore l'étanchéité.La grille de protection 132 est disposée à une hauteur telle qu'elle ne vient pas au contact de la peau du patient. Dans cette position, la paroi 130 du microphone proprement dit 124 assure une continuité de la première chambre 136 gracie au lamage 142, créant ainsi un volume intérieur parfaitement cylindrique La troisième chambre 156, grâce au canal d'égalisation de pression 158, évite toute communication entre les première et deuxième chambres si bien que la première chambre n'est pas soumise à une quelconque dépression. De mime, la température de la première chambre s'égalise rapidement. Elle n'est ensuite plus sujette à variation puisque le microphone 120 est maintenu par le support 122. Ce support 122 est réalisé en matière plastique hypoallergique et à faible conductance thermique. Parallèlement, on installe un capteur identique sur la paroi thoracique du patient au droit du coeur de façon à pouvoir enregistrer les bruits cardiaques, ainsi que des électrodes électrocardiographiques afin de permettre le repérage des bruits du coeur. En complément, il est prévu un pneumotachographe, par exemple, qui permet l'enregistrement des phases inspiration / expiration et qui permet donc de déterminer les instants du débit nul. Ce pneumotachographe peut être remplacé par un moyen équivalent tel qu'un thermocouple qui, à partir de la mesure des températures de l'air inspiré ou expiré, permet un repérage des phases ventilatoires. Ces quatre éléments sont reliés aux quatre préamplificateurs d'isolement 20 qui assurent l'isolation galvanique entre le patient et l'unité de traitement proprement dite 10. L'unité de traitement comprend les éléments décrits ci-avant et représentés sur la figure 1. Les quatre voies sont synchronisées et l'échantillon- nage est effectué sur chacune des voies avec une fréquence de l'ordre de 15 KHz, puisque l'analyse est effectuée jusqu'aux fréquences de 5 000 HZ et que selon le théorème de Shanon, il faut multiplier au moins par environ 2,4 la fréquence maximum d'analyse pour obtenir la fréquence minimale d'échantillonnage admissible. Les filtres de Bessel ont été choisis car ils travaillent en déphasage constant selon la fréquence contrairement à des filtres de Butterworth, qui provoquent un déphasage variable en fonction de la fréquence ce qui aurait pour inconvénient de provoquer une analyse retardée des bruits aigus par rapport aux graves, retard préjudiciable à une analyse fine des phénomènes transitoires. Le microprocesseur 30 qui gère l'acquisition des données commande le multiplexeur 26 de façon à ce que les signaux analogiques de chacune des voies puissent être convertis en numérique par le convertisseur analogique I numérique 28. L'ensemble des signaux numériques ainsi transformé est stocké dans la mémoire 34. A ce sujet, il est bon de remarquer que ces données numériques sont très nombreuses, car compte tenu de la fréquence d'échantillonnage, le volume des fichiers de données est de l'ordre de 7,5 Mo par minute. Il est donc nécessaire que la mémoire 34 du micro-ordinateur soit importante car il s'agit de pouvoir stocker les 7,5 Mo générés pendant une minute et ceci pour au moins chacun des neuf points d'aus- cultation habituels. Ces signaux numériques stockés peuvent être traités à posteriori a l'aide du logiciel intégré dans le calculateur de l'unité de traitement pour réaliser des tracés ou faire des calculs donnant les valeurs de certaines grandeurs, le praticien étant chargé de l'interprétation de ces résultats. Dans ce cas, les tracés et les différents résultats peuvent store matérialisés grâce à une imprimante 40 ou un écran de visualisation 38. Il est également possible de prévoir une écoute auditive pendant l'acquisition des informations et dans ce cas il suffit de brancher en dérivation sur une ou plusieurs voies, notamment les voies phonie en provenance du coeur et de la paroi, un préamplificateur et un casque d'écoute. L'unité de traitement qui vient autre décrite est un mode de réalisation particulier mais il est également possible de réduire ou d'augmenter le nombre de voies. Néanmoins, l'unité de traitement qui vient d'être décrite optimise l'ensemble des informations et permet de travailler avec un microphone dont la sensibilité est de l'ordre de 50 mV/Pa et à des fréquences comprises entre 0,1 Hz et 5 000 Hz. Le support 122 du capteur 12 assure un maintien avec une pression constante et une isolation complète du microphone vis à vis de tout contact avec l'opéra- teur, de sorte que les bruits générés par le praticien ne viennent pas perturber la saisie des informations. Un avantage important de l'unité de traitement est que l'enregistrement concerne des données converties en numérique, si bien que le signal peut ensuite être traité par le logiciel en temps différé sans qu il y ait détérioration de ce signal. Ceci écarte le problème des enregistrements de données analogiques sur bande magnétique qui sont soumis aux perturbations générées par les appareils d'enregistrement / lecture ; dans l'idéal l'analyse devrait alors Strie faite en direct, l'analyse en différé étant obligatoirement moins juste. De plus, l'enregistrement sur les quatre voies permet un traitement ultérieur du signal enregistré par le capteur, duquel on peut retirer tous les signaux perturbateurs, repérés sur les trois autres voies. Un tel capteur associé à une telle unité de traitement permet de travailler à des fréquences très basses proches des fréquences fondamentales des organes, contrairement aux dispositifs antérieurs qui présentaient un filtre passe-haut à 200 Hz, filtre qui permettait d'éliminer tous ces signaux considé- rés comme perturbateurs, y compris les signaux basse fréquence générés par la ventilation et dont l impor- tance peut être capitale pour l'établissement d'un diagnostic. En effet, il s'agit là d'une détection d'anomalies dans la génération et la diffusion de bruits physiologiques plus généralement qui permet au praticien d'établir une corrélation entre cette anomalie et une pathologie et notamment permet une détection précoce de pathologies à l'état latent. Ainsi, dans le cas présent, ce dispositif est appliqué à l'appareil respiratoire, et il est possible de détecter de faibles modifications du parenchyme pulmonaire ou des voies aériennes, ces modifications n étant pas détectables par les méthodes d'imagerie médicale ou d'exploration fonctionnelle respiratoire connues actuellement. Un tel dispositif est également applicable aux phonomyogrammes et phonocardiogrammes, ceci de façon plus simple puisque le nombre des voies peut être réduit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection et d'exploration des bruits physiologiques d'un patient, notamment de bruits ventilatoires, comprenant un capteur microphonique (12) caractérisé en ce que ce capteur (12) comprend un microphone (120) à large bande maintenu par un support (122) avec une pression constante au contact de la peau du patient et une unité de traitement (10) des signaux captés par ledit microphone. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (122) comprend une première chambre (136) destinée à recevoir le microphone (120) et au moins une seconde chambre (148) mise en dépression et distincte de la première chambre de façon à maintenir le support sur la peau avec une pression constante. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support (122) est cylindrique, les deux chambres (136) et (148) étant coaxiales et séparées par une troisième chambre (156) de façon à isoler les première et deuxième chambres l une de l autre. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première chambre (136) comprend des moyens de positionnement (142) du microphone par rapport au plan de la face inférieure (140) du support en vis à vis de la peau (150) du patient. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première chambre (136) fait saillie par rapport au plan de la face inférieure (140) du support en vis à vis de la peau, de façon à améliorer l'étanchéité. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le microphone (120) comprend un préamplificateur (126) intégré et en ce que ce microphone travaille dans une bande de fréquence comprise entre 0,01 et 20 000 Hz et préférentiellement entre 0,1 et 5 000 Hz avec une sensibilité de l'ordre de 50 mV/Pa. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre trois autres voies reliées à trois autres types de capteurs (14, 16, 18)u, un préamplificateur d'isolement (20), un amplificateur opérationnel (22) et un filtre (24) par voie, un multiplexeur (26), un convertisseur analogique / numérique (28) et un calculateur (30) comprenant un microprocesseur, une mémoire (34) et des moyens de commande et de visualisation respectivement (36) et (38, 40). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les trois voies supplémentaires sont reliées l'une à un microphone (14) permettant d'enregistrer les bruits cardiaques, la deuxième étant une voie (18) de débit ventilatoire permettant de suivre le cycle inspiration / expiration et la der nière étant une voie reliée à un électrocardiographe (16) de façon à repérer la survenue des bruits cardiaques. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le capteur (14 > permettant l'enregistrement des bruits cardiaques est identique au capteur (12) de détection et d'exploration des bruits physiologiques. 10. Dispositif selon la revendication 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que le capteur permettant de contrôler le débit ventilatoire instantané est un pneumotachographe ou un thermocouple. 11. Dispositif selon les revendications 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que les filtres sont des filtres de Bessel, à phase constante selon la fréquence. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7, 8, 93 10 ou 11, caractérisé en ce que la capacité et le débit des moyens de stockage permettent d'enregistrer les données numériques correspondant aux quatre voies pendant au moins une minute, sans interruption, pour chaque point d'auscultation.