Brevet FR2855039A1 — publié le 20041126

La présente invention concerne un détecteur photoélectrique de pulsations du coeur ou des vaisseaux. Une des applications importantes concerne la 5 détection du passage du flux sanguin dans les vaisseaux ou la détection des pulsations du coeur notamment dans le cadre de la réanimation cardiaque. Le détecteur photoélectrique selon l'invention est notamment prévu pour constater sur un 10 patient l'état d'activité ou de non activité cardiaque, c'est-à-dire de constater s'il est en arrêt cardiaque ou non, afin, par exemple, de décider de la nécessité de lui appliquer un traitement de réanimation donné, ou de confirmer une telle décision 15 basée sur d'autres mesures. Un domaine privilégié dans lequel l'invention trouve son application est la réanimation cardiaque d'urgence et la confirmation de la décision d'appliquer ou non un choc de défibrillation. En effet, à l'heure actuelle, la plus grande partie des réanimations cardiaques d'urgence est effectuée au moyen de défibrillateurs cardiaques pouvant être utilisés par un personnel non-médecin tel que les sapeurspompiers ou autres secouristes formés, 25 ou même par une personne du public disposant de bases élémentaires de secourisme. Ces défibrillateurs sont de type Défibrillateur Semi-Automatique dits DSA et ont la particularité d'analyser l'électrocardiogramme dit ECG en vue de détecter la présence d'un trouble du 30 rythme cardiaque entraînant habituellement un arrêt cardiaque. Les troubles du rythme en question sont la fibrillation ventriculaire ou la tachycardie ventriculaire. Cette analyse et cette détection effectuées par les DSA sont toutefois exclusivement basées sur 35 les signaux électriques obtenus sur le patient. Or, les règles de sécurité qui régissent l'utilisation de tels défibrillateurs semi- automatiques DSA exigent que le secouriste s'assure avant l'utilisation d'un tel appareil et l'application d'un éventuel choc que le patient est réellement en arrêt cardio-circulatoire mécanique, ce qui se traduit 5 par l'absence de pompage du coeur et en conséquence le défaut de circulation du sang. Ceci est actuellement constaté par une palpation du pouls effectuée par le secouriste. L'inconvénient de cette pratique habituelle 10 est que la palpation de pouls est très difficile et subjective, même pour des spécialistes ou des personnes particulièrement qualifiées, comme des études l'ont montré. Par le brevet EP n 1057498 au nom de Laerdal 15 Medical AS, on connaît un dispositif utile au cours d'une réanimation faisant suite à un arrêt cardiaque qui peut être relié à un défibrillateur. Ce dispositif comprend un premier jeu d'électrodes alimentées en courant continu et positionnées sur la peau, et un 20 second jeu d'électrodes placé sur la peau à proximité du premier jeu d'électrodes de prélèvement des signaux électriques. Par ce prélèvement on forme des signaux électriques traduisant l'activité respiratoire, celle du pouls ou des signaux de flux sanguin et des signaux 25 indiquant la compression de la poitrine. Cependant, ce dispositif utilisant des mesures de courant, peut être perturbé par la présence ou l'utilisation d'autres appareils électriques en contact avec la personne à traiter, ce qui peut provoquer de graves perturbations 30 des mesures. Une méthode que l'on pourrait envisager mais qui n'est pas suffisamment efficace consisterait en un type de détecteur de pouls à principe photoélectrique très répandu que l'on place habituellement au doigt ou 35 à l'oreille, et qui mesure la circulation périphérique dans les capillaires des extrémités. Ce type de détecteur qui fournit la courbe de pouls, mesure très souvent en plus la saturation d'oxygène dans le sang que l'on désigne par SpO2. Ce type de détecteur de pouls ne convient absolument pas pour la principale application envisagée ici en raison de l'état présumé 5 du patient. En effet, par hypothèse, le patient se trouvant en état de mort apparente, toute circulation sanguine dans les extrémités est de toute façon quasi inexistante, celles-ci étant déjà refroidies. La présente invention a pour but de pallier 10 ces difficultés en proposant un détecteur photoélectrique particulièrement efficace dans l'application principale envisagée de détection de l'activité mécanique du pouls ou de la pulsation du sang dans les vaisseaux par suite de la circulation, 15 afin, soit d'autoriser l'utilisation même d'un défibrillateur semi-automatique, soit de confirmer ou d'infirmer une décision de choc électrique de défibrillation qui aurait été recommandée ou prise par un tel appareil sur la base de l'analyse du signal 20 électrique du patient. Il en résulte ainsi trois modes d'utilisation pour le détecteur en question: soit une utilisation comme appareil individuel lors d'une intervention de réanimation pendant laquelle 25 le secouriste l'applique sur le patient avant ou pendant l'utilisation du défibrillateur semiautomatique afin d'être bien sûr que le patient à traiter présente effectivement un arrêt cardiocirculatoire mécanique et après une réanimation, 30 il peut confirmer qu'une activité mécanique du coeur est revenue; À soit une utilisation comme détecteur associé, relié électriquement ou intégré à un défibrillateur semi-automatique et autorisant ou inhibant 35 automatiquement le choc de défibrillation selon le résultat de la détection photoélectrique; soit une utilisation comme détecteur associé, relié électriquement ou intégré à un défibrillateur automatique et autorisant ou inhibant automatiquement le choc de défibrillation selon le résultat de la détection photoélectrique. Bien d'autres applications de l'ensemble détecteur selon l'invention peuvent être envisagées parmi lesquelles, on peut citer la détection de la circulation sanguine au cours d'une intervention chirurgicale, la surveillance de la circulation 10 sanguine au cours d'un examen, d'un réveil postopératoire, son utilisation lors d'une phase de surveillance ou d'observation par exemple en service de réanimation ou toute autre nécessité de contrôle ou de surveillance du processus vital. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, description faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en plan du 20 détecteur photoélectrique; la figure 2 est une vue en coupe transversale du détecteur photoélectrique; la figure 3 est un schéma-bloc illustrant la composition de l'ensemble du détecteur avec son 25 circuit de fonctionnement; et la figure 4 est une représentation schématique du chronogramme des impulsions appliquées à l'émetteur lumineux du détecteur. Comme déjà indiqué, le détecteur photoélectrique de pulsations du coeur ou des vaisseaux selon la présente invention couvre de nombreuses applications médicales et chirurgicales. Il va maintenant être décrit de façon détaillée en référence aux figures 1 à 4 dans une application de 35 détection de l'état de fibrillation cardiaque sur un être vivant. Les éléments équivalents représentés sur les différentes figures porteront les mêmes références numériques. Le module détecteur 1 proprement dit se présente sous la forme d'un blocapplique 2 sensiblement cylindrique et plat regroupant à la fois 5 au moins un élément émetteur de lumière 3 et au moins un élément récepteur de lumière 4, qui sera appliqué en un endroit donné sur le corps d'un être vivant afin de détecter la présence ou l'absence des pulsations du sang dans les vaisseaux et dans le coeur ou les 10 pulsations du coeur pour confirmer ou infirmer un état d'arrêt cardio-vasculaire. Le bloc-applique 2 est un corps pouvant être rigide, mais de préférence flexible c'est-à-dire semirigide ou souple. Il est réalisé monobloc ou est de 15 nature composite à deux composants de matériaux différents dont par exemple une base rigide ou semirigide et une partie terminale souple. Le corps du bloc-applique peut être mince ou épais. Cette épaisseur peut changer selon l'application. Préférentiellement, l'élément émetteur de lumière 3 est une diode émettrice de lumière dite de type infrarouge ou autre couleur spectrale simple ou composée de différentes longueurs d'onde. Le ou les éléments récepteurs de lumière 4 sont, de façon 25 générale, des photodétecteurs à savoir des transducteurs optoélectroniques ou photoélectriques par exemple des récepteurs du type photodiodes ou phototransistors 5. L'élément récepteur de lumière 4 est de 30 préférence placé au centre de la face avant du blocapplique 2. Un exemple non limitatif de réalisation particulièrement avantageux du détecteur 1 est celui représenté sur la figure 1 qui comporte un certain 35 nombre de diodes émettrices 3, de préférence infrarouges, en disposition annulaire sur une circonférence de la face active 6 par exemple plane du bloc-applique sensiblement cylindrique 2 et qui comporte au centre de cette face circulaire au moins un récepteur de lumière 4, consistant en au moins une photodiode ou un phototransistor 5. La partie 5 émettrice du détecteur 1 peut consister par exemple en six diodes infrarouges émettrices 3, montées sur un espace annulaire d'un diamètre moyen approximatif de 35 mm par exemple. Au centre du détecteur se trouve au moins le photorécepteur tel que 4 présentant une 10 surface active 7 protégée de la lumière directe des émetteurs 3 par un rebord circulaire 8 et par son montage au fond de l'ouverture correspondante. En effet, le récepteur de lumière 4 est préférentiellement monté au fond d'une ouverture 15 prévue dans le bloc- applique. Le détecteur 1 fonctionne à la fois par réflexion et par transmission ou transparence. Pour fonctionner de façon optimale, le détecteur 1 doit être appliqué en des endroits du corps présentant des 20 os recouverts par des tissus irrigués. De cette manière la lumière émise traverse une première fois les tissus irrigués puis est réfléchie par l'os et ensuite retraverse une deuxième fois les tissus avant d'atteindre la surface sensible du photorécepteur 4 du 25 détecteur 1. Durant cette double traversée des tissus, la lumière subit des variations d'intensité par suite de la pulsation du sang dans les vaisseaux du tissu et plus généralement dans le tissu c'est-à-dire d'un apport et d'un retrait périodiques de sang dans le 30 tissu. Le choix de la ou des longueur(s) d'onde(s) lumineuse(s) (infrarouge ou autre) est celui qui tient le mieux compte de la sensibilité spectrale de l'oxyhémoglobine du sang à cette ou à ces longueur(s) 35 d'onde. La sensibilité du détecteur 1 de pulsations ou de pouls s'adapte aux conditions de l'endroit o on le place, de sorte que l'on peut l'utiliser sur différents sites anatomiques présentant une perfusion sanguine adéquate. On peut notamment le disposer sur des os comme par exemple au niveau des tempes, du 5 front, derrière les oreilles, sur les pommettes, les éminences thénar ou hypothénar, etc. Des essais effectués par des médecins sur des patients ont permis d'obtenir une détection très efficace lorsque le détecteur 1 objet de l'invention est placé à ces 10 emplacements. Une autre variante de ce même principe de détecteur 1 peut être une réalisation très plate et souple en utilisant des diodes émettrices plates (le photorécepteur étant de toute façon déjà un composant 15 plat) montées sur un support flexible. L'avantage d'une telle réalisation plate est de pouvoir appliquer voire coller le corps du détecteur en un endroit convenable du corps pour la détection des pulsations, afin de permettre une surveillance continue et aisée 20 du pouls. Le circuit de commande 9 du détecteur 1, tel que représenté sur la figure 3, se compose et fonctionne préférentiellement comme suit. Un générateur de fréquence ou d'horloge 10 25 alimente l'ensemble de diodes émettrices 11 du détecteur 1 qui émettent de la lumière. La figure 3 représente symboliquement une diode émettrice unique 3, mais qui correspond en réalité à l'ensemble des diodes émettrices 3 (par exemple au nombre de six) 30 placées sur une zone annulaire du bloc-applique 2 du détecteur 1. Cette lumière ainsi émise est réfléchie par les os, par les vaisseaux sanguins et le sang et est reçue par le récepteur photoélectrique 4 du détecteur 1 constitué par exemple par une photodiode 35 ou un phototransistor 5. Le récepteur photoélectrique 4 délivre alors un courant variable en fonction de la pulsation qui est transformé en tension par un convertisseur de courant en tension 12 de type connu. La sortie du convertisseur 12 est branchée à un démodulateur 13 suivi d'un filtre passe-bande 14, duquel sort l'enveloppe de la succession des 5 impulsions, et qui constitue en pratique l'onde de pouls. Le signal est ensuite amplifié par l'amplificateur 15 présentant une bande passante s'étendant préférentiellement de 0,5 Hz à 15 Hz. Cet 10 étage amplificateur 15 peut également comporter avantageusement un système de contrôle automatique de gain (non représenté), afin d'amplifier automatiquement le signal s'il s'agit par exemple d'un pouls d'une amplitude particulièrement faible. Le signal ainsi amplifié est ensuite appliqué aux entrées d'un comparateur 16 afin de détecter chaque pulsation. Le seuil de ce dernier est adaptatif car il comporte des constantes de temps RC différentes à ses deux entrées. De cette manière la valeur de 20 crête de la pulsation est comparée à une proportion donnée de l'amplitude de l'onde précédente. Ce circuit 16 est équivalent à un détecteur de valeur de crête, ce qui permet de détecter la survenue de chaque nouvelle onde de pouls. La sortie du comparateur 16 est ensuite reliée à un circuit de sortie 17 qui génère un signal de sortie de forme adaptée par exemple sonore, lumineuse, ou de commande pour un enregistreur, etc. Il est à noter que l'homme du métier pourra 30 supprimer, modifier ou remplacer par des éléments équivalents certains des éléments du circuit de commande du détecteur décrit précédemment. La figure 4 donne un exemple préférentiel de chronogramme 18 des impulsions 19 du générateur de 35 fréquence ou d'horloge 10 qui alimente la diode émettrice 3 du détecteur 1. Le signal ainsi généré est constitué d'un train d'impulsions de 500 kHz d'une durée de 1 ms, qui se répète à des intervalles de temps de 50 ms. Le choix de la forme de ce chronogramme 18 a été fait sur la base d'un bon compromis entre une consommation réduite et une bonne 5 efficacité photométrique (intensité suffisante de la lumière réfléchie). Une application spécifique consiste à transmettre le signal de sortie sur un dispositif séparé par un émetteur haute fréquence, par une 10 transmission infrarouge etc. On peut également envisager de nombreuses variantes des modes de réalisation précédents sans s'écarter de la portée de l'invention. On peut par exemple envisager d'intervertir 15 les positions des éléments récepteurs et celles des éléments émetteurs. Ainsi, par exemple, on peut disposer un certain nombre de récepteurs de lumière, par exemple des photodiodes ou des phototransistors, sur une circonférence d'une des faces plates du bloc20 applique sensiblement cylindrique du détecteur et de placer au centre de cette circonférence une diode émettrice, de préférence infrarouge. Ainsi, dans cette variante, la partie réceptrice du détecteur peut consister par exemple en six photodiodes ou 25 phototransistors et au centre du détecteur se trouve au moins un photoémetteur (diode infrarouge, phototransistor ou autre). L'avantage de cette variante réside dans le fait que la surface active des récepteurs n'a pas nécessairement besoin d'être 30 protégée de la lumière directe de l'émetteur par un bord circulaire et qu'elle minimise les pertes lumineuses. Il est précisé encore une fois que l'application principale envisagée cidessus n'est pas 35 limitative, mais qu'il en existe bien d'autres dans le domaine médical et chirurgical et celui de la réanimation. REVENDICATIONS 1. Détecteur photoélectrique (1) des pulsations du coeur ou des vaisseaux sanguins, 5 caractérisé en ce qu'il comprend un bloc-applique (2) à face avant regroupant à la fois au moins un élément émetteur (3) et au moins un élément récepteur de lumière (4) distants l'un de l'autre, le détecteur photoélectrique étant prévu pour être appliqué en un 10 endroit donné sur le corps d'un être vivant afin de détecter les pulsations du sang dans les vaisseaux ou dans le coeur ou les pulsations du coeur. 2. Détecteur photoélectrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'un 15 au moins des éléments émetteurs (3) est une diode émettrice. 3. Détecteur photoélectrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments émetteurs (3) est une diode émettrice infrarouge. 4. Détecteur photoélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments émetteurs (3) de lumière est un émetteur photoélectrique. 5. Détecteur photoélectrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments émetteurs (3) de lumière est une photodiode ou un phototransistor (5). 6. Détecteur photoélectrique selon l'une 30 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie émettrice du détecteur comprend six diodes émettrices de lumière. 7. Détecteur photoélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 35 en ce que la partie émettrice du détecteur comprend plusieurs éléments émetteurs (3) montés sur une plage annulaire. il 8. Détecteur photoélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface active (7) de l'un au moins des éléments récepteurs (4) est protégée de la lumière 5 directe des éléments émetteurs (3) par un rebord circulaire (8). 9. Détecteur photoélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes de 1 à 5, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments 10 émetteurs (3) est prévu sensiblement au centre du détecteur. 10. Détecteur photoélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments émetteurs (3) est 15 monté au fond d'une ouverture prévue dans le blocapplique et débouchant sur sa face avant. 11. Détecteur photoélectrique selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins un élément de récepteur (4) est prévu sur une 20 circonférence d'une des faces du bloc-applique (2) sur laquelle au moins un élément émetteur (3) est en position centrale. 12. Détecteur photoélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 25 en ce le bloc-applique (2) du corps du détecteur est entièrement mince et souple ou présente une structure mince et souple rapportée ou montée sur une embase rigide ou semi-rigide. 13. Détecteur photoélectrique selon l'une 30 quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que son fonctionnement est commandé par un circuit de commande (9) qui comprend en chaîne les éléments suivants: À un générateur de fréquences ou d'horloge (10) qui 35 alimente l'élément émetteur (3) du dispositif (1) ; un convertisseur courant-tension (12) qui transforme en tension le courant délivré par l'élément récepteur (4) du dispositif (1) ; un démodulateur (13) branché à la sortie du convertisseur (12) ; À un filtre passe-bande (14) branché à la sortie du 5 démodulateur (13) et par lequel est obtenue l'enveloppe de la succession des impulsions; un l'amplificateur (15) qui amplifie le signal transmis par le filtre passe- bande (14) ; À un comparateur (16) recevant le signal amplifié 10 afin de détecter chaque pulsation; un circuit (17) qui génère un signal de sortie qui peut être soit sonore, lumineux, ou peut commander un enregistreur ou analogue. 14. Détecteur photoélectrique selon la 15 revendication précédente, caractérisé en ce que l'amplificateur (15) présente une bande passante comprise entre 0,5 Hz et 15 Hz. 15. Détecteur photoélectrique selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que 20 l'amplificateur (15) comporte un système de contrôle automatique de gain. 16. Détecteur photoélectrique selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le seuil du comparateur (16) est adaptatif. 17. Détecteur photoélectrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que le comparateur (16) comporte des constantes de temps RC différentes sur chacune de ses deux entrées. 18. Détecteur photoélectrique selon la 30 revendication précédente, caractérisé en ce que le comparateur (16) compare la valeur de crête de la pulsation à une proportion donnée de l'amplitude de l'onde précédente. 19. Détecteur photoélectrique de pulsations 35 du coeur ou des vaisseaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré dans un appareil individuel appliqué au patient avant ou pendant l'utilisation d'un défibrillateur, afin de confirmer que le patient à traiter présente bien un arrêt cardio-circulatoire mécanique. 20. Détecteur photoélectrique de pulsations du coeur ou des vaisseaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est associé et relié électriquement ou intégré à un défibrillateur et autorise ou inhibe automatiquement 10 le choc de défibrillation selon le résultat de la détection photoélectrique de pouls. 21. Procédé de détection des pulsations du coeur ou des vaisseaux à l'aide du détecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce que l'on utilise un détecteur photoélectrique (1). 22. Application du détecteur selon les revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il est utilisé en association avec un défibrillateur 20 cardiaque. 23. Application du détecteur selon les revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'il est utilisé en association avec un défibrillateur cardiaque automatique ou semi-automatique. 25