Brevet FR2895970A1 — publié le 20070713

-1- DESCRIPTION PROCEDE ET DISPOSITIF D'AUTOCONTROLE ET DE DIAGNOSTIC POUR PLONGEUR EN APNEE La présente invention concerne un procédé et un dispositif, généralement fixé au poignet, pour plongeur sous-marin en apnée destinés à mesurer et à analyser des données physiques ambiantes et physiologiques personnelles de manière à le renseigner sur les risques de syncope à un instant donné et à le faire remonter à la surface si besoin est. Les procédés et dispositifs connus dans le domaine de la plongée mettent généralement en oeuvre un dispositif, du type ordinateur de plongée, qui comporte généralement : - des moyens, du type capteurs, de saisie et de mesure de données physiques ambiantes et physiologiques du plongeur ; - une horloge permettant la saisie desdites données à intervalles de temps réguliers ; - des moyens, des types visuels et/ou sonores, d'indication desdites données ; - des moyens, du type microprocesseurs, d'analyse des données saisies par rapport à un modèle préenregistré et de commande d'un dispositif signalant au plongeur un risque d'incident de plongée et déclenchant si besoin est un élément de sauvetage ; - des moyens, du type mémoires, d'enregistrement des données saisies, des résultats de l'analyse et des données relatives au modèle préenregistré. Ils ne permettent pas de déterminer l'état syncopal du plongeur afin de le prévenir et d'intervenir. Ils ne font que suspecter un état syncopal si le sujet n'est pas remonté à temps. Malheureusement, la plupart des syncopes se font à la surface et les dispositifs connus ne les détectent pas : le plongeur va alors se noyer à la surface et l'ordinateur va interpréter cette situation comme étant une nouvelle apnée. Le dispositif de plongée selon l'invention s'applique au plongeur en apnée dans des situations statiques (apnée simple) ou dynamiques (chasse sous-marine). Il est nouveau et original par le fait qu'il est le premier à dépister la syncope en prenant en compte un paramètre physiologique. Il est conçu pour pouvoir être immergé dans de l'eau saline ou non. Il est multifonctions de manière à donner des renseignements relatifs à une ou plusieurs apnée en temps réel comme par exemple : - la durée totale de l'apnée et durée des apnées cumulées exprimée en secondes, - la période de récupération exprimée en secondes, -le taux de saturation d'hémoglobine en oxygène SpO2 exprimé en pourcentage, -2 - la fréquence cardiaque exprimée en pulsations par minutes, ainsi que des renseignements inhérents au milieu aquatique comme la profondeur de la plongée exprimée en mètres et comporter une mémoire capable d'enregistrer au moins cinq heures (une mesure par seconde). Il est associé à un gilet de sauvetage performant permettant de maintenir la tête hors de l'eau chez un sujet conscient ou inconscient. Il est doté d'un système de détection des accidents syncopaux permettant de déclencher le gonflage du gilet de sauvetage si besoin est. Parmi les causes de mortalité en mer les accidents d'apnée (chasse sous-marine ou apnée pure) sont les plus fréquents. Les récents progrès technologiques dans le domaine de la plongée en bouteille ainsi que la réglementation correspondante ont considérablement réduit les accidents dans ce domaine. Par contre la mortalité des accidents liés à la chasse sous-marine sont toujours aussi fréquents et mortels. C'est dans ce contexte que ce dispositif prend tout son intérêt. II pourra permettre une prévention primaire et secondaire des accidents de chasse sous-marine : - une prévention primaire par autocontrôle du plongeur par l'analyse des renseignements en temps réel ou à posteriori par relecture des données sur ordinateur : par exemple des apnées un peu trop poussées lui indiqueront une désaturation trop profonde et lui feront réaliser qu'il faut pousser un peu moins celles- ci - une prévention secondaire par le dépistage des accidents syncopaux par l'ordinateur au moyen d'une analyse du taux de saturation SpO2 en fonction de la vitesse de désaturation : en cas de détection d'un signal faisant suspecter un état syncopal, un test clinique de vitalité est proposé au plongeur (appui sur un bouton de la montre) : soit le plongeur est conscient et la pression du bouton annule le gonflage du gilet de sauvetage, soit le plongeur est inconscient et l'absence de pression du bouton au bout d'un temps prédéterminé entraîne alors le gonflage du gilet. II ne s'applique absolument pas à la pratique de la plongée avec bouteille dans son utilisation de détection syncopale et du procédé de sauvetage. Il ne pourra être utilisé qu'à but indicatif de la fréquence cardiaque chez ledit plongeur. Le procédé selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste, pour détecter automatiquement un risque de syncope en cours de plongée, à analyser la vitesse de désaturation du taux de saturation SpO2 qui est établie en fonction de la pente de ladite variation au voisinage du taux considéré à un instant donné. Les valeurs du taux de saturation et de la pente de sa variation, mesurées sur un plongeur en apnée, sont comparées, à chaque instant, au modèle, préenregistré, qui est représenté par Ila courbe taux de saturation en fonction de la pente de sa variation qui délimite les zones d'état non syncopal et d'état syncopal et qui a été établie expérimentalement à partir d'un nombre bien déterminé de sujets pour lesquels on a mesuré, pour chacun d'eux, le taux et la pente de sa variation en limite d'état syncopal. Quant au dispositif pour sa mise en oeuvre, il comporte, outre des moyens classiques de mesure et d'indication de la profondeur de plongée, du temps d'apnée et du temps de récupération, un capteur, du type oxymètre de pouls, de mesure et d'indication du taux de saturation et de la fréquence cardiaque. Ledit capteur est avantageusement contenu dans une enveloppe qui le maintient contre la partie du corps concernée et qui maintient ladite partie du corps à une température suffisante pour enregistrer une pulsatilité fiable du signal. Ladite enveloppe est avantageusement un gant de plongée amélioré. Les caractéristiques ,et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de celle-ci donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente la courbe taux de saturation en fonction du temps pour un plongeur donné ; - la figure 2 représente la courbe taux de saturation en fonction de la pente de sa variation qui a été établie à partir d'une pluralité de plongeurs pour lesquels on a mesuré, pour chacun d'eux, le taux de saturation SpO2 et la pente de sa variation en limite d'état syncopal et qui délimite la zone de passage d'un état non syncopal ou très probablement non syncopal à un état syncopal ou très probablement syncopal. Le procédé d'autodiagnostic et de sauvetage pour plongeur sous-marin en apnée est mis en oeuvre au moyen d'un dispositif de plongée comportant essentiellement : - des moyens, du type capteurs, de saisie et de mesure de données physiques ambiantes et physiologiques du plongeur ; -une horloge permettant la saisie desdites données à intervalles de temps réguliers ; - des moyens, des types visuels et/ou sonores, d'indication desdites données ; - - des moyens, du type microprocesseurs, d'analyse des données saisies par rapport à un modèle préenregistré et de commande d'un dispositif signalant au plongeur un risque d'incident de plongée et déclenchant si besoin est un élément de sauvetage ; - des moyens, du type mémoires, d'enregistrement des données saisies, des résultats de l'analyse et des données relatives au modèle (M) préenregistré. Ledit procédé consiste, pour détecter automatiquement un risque de syncope en cours de plongée, à analyser la vitesse de désaturation du taux de saturation Sp02 qui est établie en fonction de la pente (P) de ladite variation au voisinage dudit taux à un instant donné. Les valeurs du taux de saturation Sp02 et de la pente (P) de sa variation, mesurées sur un plongeur en apnée, sont comparées, à chaque instant, au modèle (M), préenregistré, qui est représenté par la courbe taux de saturation en fonction de la pente de sa variation qui délimite les zones d'état non syncopal (ZNS) et d'état syncopal (ZS) et qui a été établie expérimentalement à partir d'un nombre bien déterminé de sujets pour lesquels on a mesuré, pour chacun d'eux, le taux SpO2 et la pente (P) de sa variation en limite d'état syncopal. En cas de détection d'un risque de syncope, il y a émission d'un signal, perceptible par le plongeur, qui doit être interrompu par ce dernier dans un temps bien déterminé, faute de quoi l'élément de sauvetage sera actionné par le moyen de commande autonome. Selon une variante de mise en oeuvre dudit procédé, la profondeur de plongée peut également être prise en compte, pour déterminer le risque de syncope. Le procédé consiste également à afficher, en temps réel, sur le dispositif de plongée, la profondeur de plongée, la fréquence cardiaque, le taux de saturation, le temps d'apnée et le temps de récupération. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte, outre des moyens classiques de mesure et d'indication de la profondeur de plongée, du temps d'apnée et du temps de récupération, un capteur digital, du type oxymètre de pouls, de mesure et d'indication du taux de saturation d'hémoglobine en oxygène (SpO2) dans le sang et de la fréquence cardiaque. Ledit capteur est avantageusement contenu dans une enveloppe qui le maintient contre la partie du corps concernée et qui maintient ladite partie du corps à une température suffisante pour enregistrer une pulsatilité fiable du signal. -5 L'enveloppe en question est avantageusement un gant de plongée qui intègre également la liaison filaire qui relie le capteur digital au dispositif de plongée par l'intermédiaire d'une interface étanche. L'élément de sauvetage est avantageusement un gilet pourvu d'une capsule de CO2 déclenchée par l'horloge lorsqu'un signal de risque de syncope est émis et que le plongeur n'a pas invalidé ledit signal. Ledit dispositif de plongée comporte plus particulièrement : - un boîtier étanche à 10 atmosphères et un capteur de SpO2 intégré dans un gant en néoprène : le gant et le capteur seront consommables, mais réutilisables en l'absence de détérioration ; - un gilet de sauvetage avec capsule de CO2 reliés à la montre par interface électronique : ladite capsule sera également consommable et le gilet et la montre seront réutilisables. Il est muni d'une connexion étanche capable de s'adapter à la fois au capteur de SpO2 et à un ordinateur via une interface PC. Toutes les fonctions sont activées lors de la connexion du capteur de SpO2. Un logiciel permet de sortir l'ensemble des données sur l'ordinateur et de fournir un graphique exprimant la fréquence cardiaque, le taux de SpO2 et la profondeur en fonction du temps. Le capteur de SpO2 est intégré dans un gant de néoprène relié à la montre via un câble pouvant être moulé dans le gant. Le gant est à la fois un peu lâche au niveau des doigts porteurs d'un ou de deux capteurs pour éviter toute compression et assez isolant du froid pour pallier à un risque éventuel de vasoconstriction périphérique due au froid, la compression et le froid étant tous deux des facteurs altérant la qualité du signal. Le dispositif est censé ne donner une valeur de SpO2 que si la pulsatilité du signal est fiable. D'autre part, le gant permet également de limiter les artéfacts de mouvements. Le gilet de sauvetage est conçu pour faire remonter le plongeur à la surface et à maintenir sa tête hors de l'eau. Une étude prospective a été réalisée sur 50 plongeurs correspondant à 300 apnées dont 200 en statique et 100 en dynamique. Au cours de cette étude, les données suivantes ont été relevées grâce à l'utilisation d'un prototype. Sur l'ensemble des données, 23 accidents syncopaux ou présyncopaux ont été enregistrées. Les objectifs de cette étude ont été : - de proposer un dispositif permettant de détecter dans les 30 secondes les risques d'accidents syncopaux ; - d'extraire des caractéristiques graphiques obtenues, les moyens de prédire le déclenchement des syncopes et par conséquent de proposer des algorithmes de détection ; - de concevoir un dispositif industrialisable répondant au problème posé. Le dispositif de plongée enregistre, toutes les secondes, des données brutes comme par exemple : la profondeur et le temps total de l'apnée, le taux de Sp02 et la fréquence cardiaque. Il calcule à partir de ces données la pente de désaturation qui se définit comme la vitesse de désaturation en pourcentage par seconde. L'étude de cas a montré que la pente de désaturation associée au taux de saturation est le facteur déterminant pour le dépistage de la syncope. En effet, à un temps donné et pour un taux de SpO2 bas, la valeur de la pente aura une influence sur le risque de syncope. Pour dépister une syncope en fonction du taux de Sp02, l'ordinateur calcule à chaque seconde, en fonction des dernières mesures de Sp02, la pente de désaturation, selon un modèle mathématique. La pente de désaturation correspond approximativement à la vitesse de désaturation (pente de la tangente à la courbe de SpO2, au temps t, exprimée en % / seconde). A chaque seconde, il analyse donc un taux de SpO2 associé à une pente. A chaque taux de SpO2 correspond une pente limite, déterminée par l'étude clinique réalisée au préalable, en dessus de laquelle un accident syncopal est fortement suspect. Ces données seront enregistrées dans la base de données de l'ordinateur . A chaque seconde, le taux de SpO2 et sa pente correspondante sont analysées : si la pente est supérieure ou égale à celle préenregistrée dans la base de données pour le même taux de Sp02, l'ordinateur détectera alors un signal syncopal; dans le cas contraire il n'en détectera pas. Pour dépister une syncope en fonction du taux de SpO2 et de la profondeur, l'ordinateur analyse, à chaque seconde, le taux de SpO2 en fonction de la profondeur. Il a également été prédéterminé, dans la base de données de l'ordinateur, pour chaque profondeur, un seuil de SpO2 en dessous duquel un accident syncopal est fortement suspect. Si à un temps déterminé, le plongeur étant à une profondeur donnée, le taux de SpO2 mesuré est inférieur à celui enregistré dans la base de données et correspondant à la même profondeur, l'ordinateur détectera un signal syncopal ; dans le cas contraire il ne détectera rien. Pour faire intervenir également la durée de l'apnée, chaque plongeur devra programmer son temps limite d'apnée modifiable en fonction de sa forme et de la profondeur à laquelle il plonge. L'ordinateur détecte le début de l'apnée quand la profondeur est supérieure à une valeur déterminée et la fin de l'apnée quand il redevient inférieure à ladite valeur afin de faire fonctionner le chronomètre à l'intérieur desdites limites et de le remettre à zéro en fin d'apnée. Si le temps d'apnée est supérieur à la durée programmée, l'ordinateur détectera un signal syncopal; dans le cas contraire il n'en détectera pas. En cas de détection d'un risque syncopal, la procédure de test de vitalité peut être la suivante : - émission d'un premier signal sonore et/ou lumineux pendant 10 secondes que le plongeur doit arrêter en pressant n'importe quel bouton de la montre ; - si le plongeur n'intervient pas dans les dix secondes attribuées, le dispositif déclenche alors le gonflage du gilet de sauvetage ; - si le plongeur intervient dans les 10 secondes attribuées, un deuxième signal sonore est émis au bout de dix secondes, puis un troisième dans les mêmes conditions, soit donc au total 30 secondes de contrôle clinique de la vitalité du plongeur. La détection d'un seuil d'alarme à posteriori pour contrôler les apnées à venir peut être établi par exemple en cas de désaturation en dessous d'un seuil prédéterminé par le plongeur (par exemple 85) : une alarme non sonore pourra signaler au plongeur que ses apnées sont un peu trop poussées. Plusieurs enregistrements en mer ont été réalisés avec ou sans gant dans de l'eau froide ou non, avec analyse de la qualité du signal (pulsatilité du signal), et des artéfacts (absence totale de valeur enregistrée ou valeurs ne correspondant pas à l'état clinique du plongeur : par exemple fréquence cardiaque aberrante ou désaturation brutale alors que le plongeur est à la surface). En eau chaude l'utilisation du gant donne une bonne amplitude de signal et l'absence quasi-totale d'artéfacts. L'interprétation des courbes est possible et intéressante pour le plongeur et pour le dépistage d'une syncope par un éventuel ordinateur En eau chaude l'absence d'utilisation du gant donne vite une faible amplitude de signal et un certain nombre d'artéfacts rendant impossible l'interprétation des courbes de SpO2 enregistrées. Le plongeur peu quand même avoir une idée en temps réel de sa - fréquence cardiaque., le taux de Sp02 est très peu fiable. Le dépistage en fonction du taux de Sp02 d'une éventuelle syncope serait alors aléatoire. En eau froide (jusqu'à 8 degrés) l'utilisation du gant donne une amplitude de signal satisfaisante mais un peu moins bonne qu'en eau chaude .11 n'y a que peu d'artéfacts et l'interprétation des courbes reste possible et intéressante pour le plongeur et pour le dépistage d'une syncope par un éventuel ordinateur. En eau froide sans utiliser le gant le signal est très vite quasi complètement artéfacté. Il en résulte que l'utilisation d'un gant est indispensable à un enregistrement fiable pour le plongeur ou pour une éventuelle détection de syncope. Ceci s'explique par au moins deux phénomènes physiologiques connus : les artéfacts de mouvements et les artéfacts de vasoconstriction périphérique dus au froid. Les artéfacts de mouvements sont secondaires à un mouvement du plongeur et du capteur par rapport au plongeur. La plupart des nouveaux oxymètres de pouls permettent d'éliminer au mieux les artéfacts de mouvement du patient. Cependant lors du mouvement dans l'eau le capteur va également bouger par rapport au plongeur s'il n'est pas fixé correctement. C'est le premier rôle du gant. Lors de l'exposition du corps au froid l'organisme redistribue le sang vers les organes nobles et diminue la vascularisation des autres : il existe une vasoconstriction périphérique et le débit sanguin capillaire au niveau des doigts est diminué ; la pulsatilité s'en trouve d'autant réduite avec pour conséquence un signal perturbé. La seule exposition au froid des doigts provoque la même réaction au niveau des doigts sans même que le plongeur soit en hypothermie. La seule solution est donc de placer le doigt dans un endroit chaud. C'est ce que fait également un gant en néoprène. La plupart des gants en néoprène exercent une pression importante sur les doigts et entraînent alors également une vasoconstriction périphérique mécanique. Il faut donc que le ou les doigts sur lesquels sont positionnés les capteurs ne soient pas trop serrés. Dans notre expérience le simple fait de dilater le doigt du gant ou est positionné le capteur a permis d' annuler la perte d'amplitude de signal. L'analyse des courbes de syncope et de non syncope a permis de voir que dans tous les cas en dessus d"un certain seuil de SpO2 (80 par exemple) il ne survenait jamais de syncope et qu'en dessous d'un certain seuil (30) il les sujets étaient quasiment toujours en syncope. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention. En particulier, un pourra prévoir une version sans le dispositif de survie autrement dit 5 une version comportant un ordinateur de plongée pourvu d'un oxymètre de pouls adapté à l'usage sous-marin dont le capteur est intégré à un gant. REVENDICATIONS 1- Procédé d'autocontrôle et de diagnostic pour plongeur sous-marin en apnée au moyen d'un dispositif de plongée, généralement fixé au poignet, comportant essentiellement : - des moyens, du type capteurs, de saisie et de mesure de données physiques ambiantes et physiologiques du plongeur ; -une horloge permettant la saisie desdites données à intervalles de temps réguliers ; - des moyens, des types visuels et/ou sonores, d'indication desdites données ; - des moyens, du type microprocesseurs, d'analyse des données saisies par rapport à un modèle préenregistré de commande d'un dispositif signalant au plongeur un risque d'incident de plongée et déclenchant si besoin est un élément de sauvetage ; - des moyens, du type mémoires, d'enregistrement des données saisies, des résultats de l'analyse et des données relatives au modèle (M) préenregistré ; caractérisé en ce qu'il consiste, pour détecter automatiquement un risque de syncope en cours de plongée, à analyser la vitesse de désaturation du taux de saturation SpO2 qui est établie en fonction de la pente (P) de ladite variation au voisinage dudit taux à un instant donné. 2- Procédé, selon la revendications 1, caractérisé en ce que les valeurs du taux SpO2 et de la pente (P) de sa variation, mesurées sur un plongeur en apnée, sont comparées, à chaque instant, au modèle (M), préenregistré, qui est représenté par la courbe taux de saturation en fonction de la pente de sa variation qui délimite les zones d'état non syncopal (ZNS) et d'état syncopal (ZS) et qui a été établie expérimentalement à partir d'un nombre bien déterminé de sujets pour lesquels on a mesuré, pour chacun d'eux, le taux SpO2 et la pente (P) de sa variation en limite d'état syncopal. 3- Procédé, selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste, en cas de détection d'un risque de syncope, à émettre un signal, perceptible par le plongeur, qui doit être interrompu par ce dernier dans un temps bien déterminé, faute de quoi l'élément de sauvetage sera actionné par le moyen de commande. 4- Procédé, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à prendre en compte également, pour déterminer le risque de syncope, la profondeur de plongée. 5- Procédé, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à afficher, en temps réel, sur le dispositif de plongée, la profondeur de plongée, la fréquence cardiaque, le taux de saturation SpO2, le temps d'apnée et le temps de récupération.- 11 - 6- Dispositif pour plongeur sous-marin en apnée, comportant essentiellement : - des moyens, du type capteurs, de saisie et de mesure de données physiques ambiantes et physiologiques du plongeur ; - une horloge permettant la saisie desdites données à intervalles de temps (t) réguliers ; - des moyens, des types visuels et/ou sonores, d'indication desdites données ; - des moyens, du type microprocesseurs, d'analyse des données saisies par rapport à un modèle préenregistré et de commande d'un dispositif signalant au plongeur un risque d'incident de plongée et déclenchant si besoin est un élément de sauvetage ; - des moyens, du type mémoires, d'enregistrement des données saisies, des résultats de l'analyse et des données relatives au modèle (M) préenregistré ; caractérisé en ce qu'il comporte, outre des moyens classiques de mesure et d'indication de la profondeur de plongée, du temps d'apnée et du temps de récupération, un capteur digital, du type oxymètre de pouls, de mesure et d'indication du taux de saturation SpO2 et de la fréquence cardiaque qui est contenu dans une enveloppe qui le maintient contre la partie du corps concernée et qui maintient ladite partie du corps à une température suffisante pour enregistrer une pulsatilité fiable du signal. 7- Dispositif, selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe du capteur digital de mesure et d'indication du taux de saturation SpO2 et de la fréquence cardiaque est un gant de plongée. 8- Dispositif, selon la revendication 7, caractérisé en ce que le gant de plongée intègre également la liaison filaire qui relie le capteur digital au dispositif de plongée par l'intermédiaire d'une interface étanche. 9- Dispositif, selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément de sauvetage est un gilet pourvu d'une capsule de CO2 déclenchée par l'horloge lorsqu'un signal de risque de syncope est émis et que le plongeur n'a pas invalidé ledit signal.