Brevet FR2686241A1 — publié le 19930723

Appareil de mesure du rythme cardiaque La présente invention concerne un appareil de mesure du rythme cardiaque, comportant des moyens de détection et de traitement d'un signal transmettant des données relatives au rythme cardiaque, et d'indication du rythme cardiaque à l'utilisateur de l'appareil. Dans les sports de haut niveau, l'entraînement sportif et l'entretien de la forme physique, il est important de mesurer de façon fiable le rythme cardiaque, ce, sans interruption pendant leur pratique, sans que cette pratique ne perturbe la mesure Les divers appareils tenus à la main, basés sur la mesure du signal ECG de rythme cardiaque à partir, par exemple, du bout des doigts de l'utilisateur, ont été conçus à cette fin, de même que les appareils de mesure basés sur la transmission sans fil télémétrique entre un émetteur séparé fixé au corps et un récepteur porté au poignet, cf Brevets finnois 55761 et 68734. Les mesures basées sur le contact sont toujours quelque peu imprécises, en fonction de l'anatomie de l'utilisateur et de la façon dont l'appareil est tenu dans la main Le fait de tenir l'appareil dans la main et d'observer les valeurs sur le cadran disperse aussi inutilement l'attention de l'utilisateur sur l'appareil durant l'exercice En raison de leur prix abordable et de la précision de la mesure, ainsi que de la facilité d'utilisation, des appareils de ce type ont été utilisés surtout par des amateurs Les appareils sans fil, dans lesquels le signal de rythme cardiaque est surveillé continuellement au moyen de capteurs ECG statiques par rapport au corps, présentent une précision de mesure légèrement meilleure que celle des appareils décrits ci-dessus, et grâce au principe de mesure continue, il a été possible d'indure des fonctions de contrôle de pouls et des fonctions statistiques dans ces appareils Le prix de ces appareils a, cependant, été relativement élevé, ce qui a limité leur utilisation essentiellement aux professionnels et aux clubs de sport. Les progrès continuels du circuit électronique et des techniques de fabrication a réduit le prix des divers appareils de mesure, de telle sorte que même des utilisateurs occasionnels peuvent à présent envisager d'en faire l'acquisition Toutefois, les appareils connus sont encore divisés en deux groupes en fonction de leurs caractéristiques, ce qui entraîne une contradiction entre la facilité d'utilisation (appareils de mesure tenus à la main) et la variété de leurs aptitudes et de leur précision de mesure (appareils de mesure sans fil). L'objet de la présente invention est de fournir, pour la mesure du rythme cardiaque, un appareil qui permette d'éviter les inconvénients susdits L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend d'abord des moyens pour la réception et le traitement d'un signal de rythme cardiaque transmis télémétriquement, et en second lieu des moyens pour le traitement des signaux correspondant au rythme cardiaque détectés par des électrodes ou capteurs intégrés dans un boîtier renfermant l'appareil ou un bracelet. D'autres réalisations préférées de l'appareil selon l'invention sont essentiellement caractérisées par ce qui est exposé dans les revendications ci-dessous. L'invention sera décrite ci-après au moyen de certaines réalisations préférées avec référence aux schémas joints, dans lesquels La figure 1 illustre un état antérieur de la technique sous la forme d'un moyen télémétrique de transmission et mesure du rythme cardiaque; La figure 2 illustre un état antérieur de la technique sous la forme de la mesure du rythme cardiaque basé sur le contact avec la peau; La figure 3 montre un appareil selon l'invention sous forme d'un schéma fonctionnel; La figure 4 montre une réalisation de capteurs à intégrer dans le boîtier de l'appareil selon l'invention; et La figure 5 montre une autre réalisation dde l'appareil selon l'invention. La figure 1 montre un émetteur télémétrique 1 de rythme cardiaque selon un état antérieur de la technique, porté sur la poitrine et un récepteur 2 porté au poignet Des électrodes ECG 3 dans l'émetteur détectent un signal ECG d'une personne et le signal est converti électroniquement en signal CA alimentant en courant des bobines dans l'émetteur 1 En passant à travers les bobines, le signal CA engendre un champ magnétique correspondant autour de la bobine dans une zone Hx En même temps, une bobine dans le récepteur mesure le champ magnétique autour du récepteur 2 dans une zone hx. La figure 2 montre un autre appareil de mesure du rythme cardiaque, selon un état antérieur de la technique, porté au poignet, dans lequel une seule électrode ECG 4 est constituée par la plaque inférieure du appareil de mesure et l'autre électrode ECG 5 est constituée par le boîtier de l'appareil de mesure Pour mesurer le rythme cardiaque, le boîtier 5 de l'appareil (l'autre électrode) est comprimé, par exemple avec l'index 6 de l'autre main, de telle sorte qu'une force correspondante presse la plaque inférieure 4 contre le poignet 7 et les électrodes 4 et 5 mesurent le signal de rythme cardiaque entre les mains, lequel signal de rythme cardiaque peut être traité par un système électronique intégré dans le boîtier 5 (cf Figure 4), et le résultat peut être lu sur un cadran 8 prévu dans le boîtier. La figure 3 est un schéma illustrant l'appareil selon l'invention. L'appareil comprend deux lignes d'entrée, une pour l'émission des données télémétriques et l'autre pour la mesure basée sur le contact avec la peau; et des unités de traitement commun et d'affichage Dans la ligne d'entrée télémétrique, le champ magnétique détecté par une bobine réceptrice 9 est amplifié dans un préamplificateur sensible 10, après quoi le signal est transmis à un amplificateur de signal 11 A p artir de l'amplificateur Il le signal est appliqué à un microordinateur 12 pour t raitement. Dans une seule réalisation de l'invention, dans la ligne basée sur le principe du contact avec la peau, les électrodes détectant le rythme cardiaque, disposés, par exemple, dans le boîtier ou le bracelet de l'appareil de la Figure 2, sont reliées aux bornes d'entrée différentielles 15 et 16 dans un préamplificateur ECG 17 Le signal cardiaque ECG venant du préamplificateur 17 est transmis à un filtre de bande 18 pour supprimer les distorsions Puis le signal est amplifié par un amplificateur AGC 19 jusqu'à un niveau convenable pour un appareil de conformation d'impulsions 20 et ensuite le signal obtenu est transmis au microordinateur 12 Les données de rythme cardiaque, calculées au stade de la mesure, peuvent être enregistrées par le microordinateur 12 dans une mémoire à semi-conducteurs 13, à partir de laquelle les données peuvent être lues, traitées à nouveau et affichées sur un écran à cristaux liquides 14 Diverses analyses peuvent être effectuées sur les données de mesure par le microordinateur, comme des analyses concernant la restauration du pouls et les limites de dépassement sans danger d'un pouls, ainsi que des analyses statistiques. Les différentes réalisations de l'invention peuvent aussi inclure d'autres types d'appareils de mesure du rythme cardiaque basés sur le contact avec la peau Le rythme cardiaque peut encore être mesuré grâce à des moyens lumineux en mesurant l'intensité de la lumière traversant les tissus au bout des doigts, par exemple, car cette intensité varie avec le rythme cardiaque Dans ce cas, le détecteur de pouls peut être, par exemple, un couple de photodiode-phototransistors 21, 22, représenté dans la Figure 4, le phototransistor 22 remplaçant par exemple le détecteur ECG de la Figure 3 La face inférieure de l'ongle, par exemple, peut servir de plan de réflexion 23. Un troisième moyen de mesure du rythme cardiaque est l'utilisation du principe dérivé des appareils de mesure de tension artérielle, c'est-àdire un contrôle tonométrique des impulsions de pression générées par les battements cardiaques dans les vaisseaux sanguins (cf par exemple, Pressman & Newgard, "Un transducteur pour la mesure externe continue de la pression sanguine artérielle" IEEE Trans Bio-Med Electron, BME-10:73-81, 1963) En pratique, la mesure tonométrique est effectuée en appliquant une force au moyen d'un ressort sur une plaque placée sur un vaisseau, et en contrôlant la variation de la force du ressort en fonction du temps Pour fonctionner, la méthode exige que le vaisseau à contrôler soit suffisamment proche de la surface de la peau et qu'il se trouve sous lui un os qui constituera une surface portante et empêchera le vaisseau de s'enfoncer dans le tissu Un tel vaisseau peut être, par exemple, une artère dans le poignet humain Un capteur de force relié au ressort transmet la variation de pression dans le vaisseau contrôlé à l'appareil selon l'invention sous la forme d'impulsions, à partir desquelles la fréquence du pouls peut être directement calculée Le capteur de force peut être remplacé par le capteur ECG 17 dans l'appareil montré dans la Figure 3. Comme il est montré dans la Figure 5, l'appareil selon l'invention, porté au poignet sur l'artère, peut de cette manière mesurer la fréquence des battements cardiaques soit sans fil grâce à l'émetteur montré dans la Figure 1, soit directement à partir de l'artère En fonction de la situation et des conditions, l'utilisateur peut choisir l'une ou l'autre de ces méthodes. Il est possible également d'utiliser d'autres méthodes de mesure de la fréquence du pouls, basées sur le contact avec la peau dans le cadre de l'invention; il est essentiel que toutes soient basées sur la mise en contact d'une surface convenable de peau avec le boîtier, le bracelet ou autre partie similaire de l'appareil de mesure. L'appareil selon l'invention comporte ainsi des moyens permettant la réception d'un signal de rythme cardiaque transmis télémétriquement, ces moyens incluant une bobine réceptrice 9 et des amplificateurs 10 et 11; et des moyens de traitement des signaux de rythme cardiaque détectés par des électrodes ou capteurs intégrés dans le boîtier de l'appareil, tels que le boîtier et/ou la plaque de fond 4 dans les Figures 2 et 5 Le choix entre les deux méthodes peut être fait par l'utilisateur en fonction de la situation Le choix est, de préférence, réalisé en appliquant simplement la méthode choisie, l'appareil reconnaissant immédiatement la présence de données de rythme cardiaque qu'il recueille automatiquement pour traitement à partir de la ligne adéquate. Il est évident pour une personne expérimentée en la matière que les diverses réalisations de l'invention ne sont pas limitées à l'exemple décrit ci-dessus, mais qu'elles peuvent varier dans le cadre des revendications ci-après. Revendications: 1 Un appareil de mesure du rythme cardiaque, comprenant des moyens de détection ( 4,5,9) et de traitement ( 10, 11, 17, à 20) d'un signal transmettant des données relatives au rythme cardiaque et d'indication ( 8, 12 à 14) du rythme cardiaque à l'utilisateur de l'appareil, caractérisé en ce que l'appareil comporte d'abord des moyens ( 9 à 11) de réception et de traitement d'un signal de rythme cardiaque transmis télémétriquement et en second lieu des moyens ( 17 à 20) pour le traitement de signaux correspondant au rythme cardiaque détectés par des électrodes ou des capteurs intégrés dans un boîtier de l'appareil ( 4, 5) ou un bracelet. 2 Un appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil est constitué par un ensemble de type montre-bracelet présentant des parties ( 4, 5) munies d'électrodes détectant le rythme cardiaque. 3 Un appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil est constitué par un ensemble de type montre-bracelet comportant des composants photoélectriques ( 21, 22) à sa surface pour la détection de l'intensité de la lumière passant à travers le tissu. 4 Un appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil ( 24) est constitué par un ensemble de type montre-bracelet muni d'un capteur tonométrique à sa surface pour la détection de la variation de la pression dans un vaisseau situé près de la surface de la peau. Un appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'appareil comporte une bobine magnétique ( 9) détectant les signaux de rythme cardiaque transmis à partir d'un émetteur séparé ( 1) par transmission de données télémétriques.