Brevet FR2950795A1 — publié le 20110408

La présente invention concerne un dispositif de conditionnement d'au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques. En particulier, elle s'applique au domaine de conditionnement d'au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques mesurés par exemple par au moins deux capteurs. Les signaux électro-physiologiques sont des signaux provenant de cellules ou d'un groupe de cellules appartenant à des organismes vivants. Ces signaux présentent une amplitude très faible, de l'ordre de quelques microvolts à quelques millivolts, superposés à une composante continue. Ces signaux électro-physiologiques doivent par conséquent être conditionnés afin de pouvoir être traités pour la réalisation d'analyses mathématiques aidant à l'interprétation des signaux provenant des cellules. Ainsi, ces signaux électro-physiologiques doivent être notamment amplifiés et filtrés. Les appareils de conditionnement existant dans l'état de la technique modifient la phase des signaux lors de leur conditionnement. Ainsi, l'évolution dans le temps de la différence de phase entre les signaux des différentes voies est aussi modifiée. Ces signaux électro-physiologiques sont numérisés et enregistrés à la sortie de tels appareils de conditionnement afin de réaliser des analyses numériques et des visualisations sur écran. Ainsi, afin de pouvoir réaliser des analyses fiables de ces signaux électro-physiologiques, il est nécessaire de préserver la phase de ces signaux électro-physiologiques lors de leur conditionnement. En effet, il est important de préserver l'évolution dans le temps des signaux électro-physiologiques afin de pouvoir réaliser une analyse certaine de ces signaux. Néanmoins, les appareils de conditionnement existants provoquent des modifications de la phase des signaux, l'intégrité des signaux n'étant pas garantie. Par conséquent, les analyses et certaines déductions réalisées sur ces signaux électro-physiologiques en sortie ne sont pas fiables. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et de proposer un dispositif de conditionnement d'au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques adapté à traiter ces signaux et permettant une reconstruction temporelle fidèle des signaux en sortie. A cet égard, la présente invention vise un dispositif de conditionnement d'au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques en entrée, provenant respectivement d'au moins deux capteurs, adapté à délivrer au moins deux signaux de sortie correspondant auxdits au moins deux signaux électro-physiologiques après conditionnement par le dispositif de conditionnement. Selon l'invention, le dispositif de conditionnement comporte des moyens de conditionnement desdits signaux électro-physiologiques présentant exclusivement des impédances réelles sur le trajet desdits au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques entre l'entrée et la sortie du dispositif de conditionnement. Ainsi, les au moins deux signaux électro-physiologiques sont délivrés en sortie du dispositif de conditionnement sans que leur phase soit modifiée par les moyens de conditionnement, c'est-à-dire en absence de distorsion de phase. Par conséquent, l'évolution dans le temps de la différence de phases entre lesdits au moins deux signaux n'est pas modifiée, cette différence de phase étant conservée et pouvant être analysée de manière fiable. Ainsi, il est possible de reconstruire, dans le domaine temporel, les signaux électro-physiologiques de manière fidèle. Par conséquent, l'analyse des signaux électro-physiologiques après conditionnement est fiable. Selon une caractéristique préférée de l'invention, les moyens de conditionnement comportent pour chaque signal synchrone électrophysiologique en entrée : - des moyens de soustraction d'une composante continue dudit signal synchrone électro-physiologique; - des moyens de filtrage à phase linéaire dudit signal synchrone électro-physiologique; et - des moyens d'amplification dudit signal synchrone électrophysiologique. Ces moyens, présentant exclusivement des impédances réelles sur le trajet parcouru par le signal, n'introduisent que de variations linéaires de la phase des signaux électro-physiologiques. Les signaux en sortie après conditionnement par ces moyens de soustraction, filtrage et amplification sont des signaux alternatifs. Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, le dispositif de conditionnement délivre en outre au moins deux seconds signaux de sortie, associés respectivement auxdits au moins deux signaux de sortie et correspondant respectivement aux composantes continues desdits au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques. Par conséquent, le dispositif de conditionnement délivre en sortie au moins deux signaux alternatifs synchrones et leur au moins deux composantes continues. Ainsi, la composante continue de chaque signal synchrone électrophysiologique peut être utilisée pour les analyses et l'interprétation des signaux synchrones électro-physiologiques après conditionnement par le dispositif de conditionnement. En pratique, les moyens de filtrage comportent des moyens de transformation de la partie complexe de l'impédance des moyens de filtrage en partie réelle. Ainsi, les moyens de filtrage ne modifient pas la phase des signaux synchrones électro-physiologiques. Par exemple, les moyens de filtrage comportent au moins un élément capacitif et au moins un élément résistif, et les moyens de transformation de la partie complexe de l'impédance sont adaptés à transformer l'impédance correspondant audit au moins un élément capacitif en impédance correspondant à un second élément résistif, la valeur de ladite impédance correspondant au second élément résistif diminuant lorsque la fréquence des signaux synchrones électro-physiologiques augmente. Par conséquent les moyens de filtrage constituent un filtre à phase linéaire passe bas. Avantageusement, le dispositif de conditionnement comporte des condensateurs céramiques et de coefficient de température nul provenant d'un même lot de fabrication, lesdits condensateurs présentant tous la même valeur de capacité. Ce type de condensateurs présente une bonne stabilité en 15 température et dans le temps. En outre, l'utilisation de condensateurs provenant d'un même lot de fabrication garantit un comportement similaire des condensateurs dans des lignes ou voies correspondant à des signaux synchrones électro-physiologiques différents. 20 Par conséquent, l'évolution dans le temps de la différence des phases entre deux signaux synchrones électro-physiologiques correspondant respectivement à deux lignes n'est pas modifiée, cette différence de phase étant conservée et pouvant être analysée de manière fiable. Selon une caractéristique, le dispositif de conditionnement comporte 25 en outre des moyens de contre-réaction de la somme des composantes continues desdits au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques. Par conséquent, les variations de la ligne base ("baseline" en terminologie anglo-saxonne) associées aux signaux électro-physiologiques sont limitées. 30 Avantageusement, le dispositif de conditionnement comporte des composants à faible consommation de puissance. Ainsi, l'échauffement du dispositif de conditionnement est réduit. En outre, l'influence de la température dans le comportement des composants dans le dispositif de conditionnement est réduite. Par conséquent, la sensibilité du système aux éléments qui le composent est diminuée. Selon une autre caractéristique, le dispositif de conditionnement comporte en outre des moyens de conversion en numérique desdits signaux synchrones électro-physiologiques. Par conséquent, le dispositif de conditionnement délivre en sortie des signaux numériques, les échantillons des signaux électro-physiologiques pouvant être traités par un système informatique afin d'être analysés. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : û la figure 1 représente schématiquement un dispositif de conditionnement conforme à l'invention dans un contexte de fonctionnement ; et û la figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif de conditionnement conforme à l'invention. On va décrire tout d'abord, en référence à la figure 1, le contexte d'utilisation du dispositif de conditionnement conforme à l'invention. Le dispositif de conditionnement 1 reçoit plusieurs signaux d'entrée El, E2... EN provenant d'un ensemble de capteurs 2a, 2b, ... 2n, et génère en sortie plusieurs signaux SI, S2... SN correspondant respectivement aux signaux d'entrée El, E2... EN. Les signaux d'entrée El, E2... EN sont des signaux synchrones électro-physiologiques. Par exemple, ces signaux correspondent au potentiel généré respectivement par des cellules ou par des groupes de cellules 3 d'un organisme vivant. Les signaux électro-physiologiques en entrée El, E2... EN du dispositif de conditionnement 1 sont préalablement conditionnés au moyen d'un étage convertisseur d'impédance ("headstage" en terminologie anglo-saxonne). Ainsi, les signaux provenant des cellules 3 sont pré-conditionnés. Les moyens de pré-conditionnement 10 peuvent comporter seulement des composants de basse puissance. En effet, les cellules 3 doivent être isolées des composants électroniques de haute fréquence et de haute tension. En outre, elles ne doivent pas être perturbées afin que les électrodes 2a, 2b, ...2n obtiennent des signaux électro-physiologiques avec un bon rapport signal sur bruit. Par exemple, les moyens de pré-conditionnement 10 sont situés en amont du dispositif de conditionnement 1 à une distance d'au moins sensiblement lm. Le dispositif de conditionnement 1 reçoit alors les signaux électrophysiologiques El, E2... EN pré-conditionnés. Les capteurs 2a, 2b, ... 2n sont ici des électrodes situées sur la cellule ou le groupe de cellules 3. Les signaux électro-physiologiques provenant des cellules ou des groupes de cellules 3 sont analysés par exemple dans un but de recherches sur le fonctionnement des organismes vivants, ou de diagnostic de maladies. Ces analyses vont être réalisées au moyen d'un système informatique 4. Afin que les signaux électro-physiologiques El, E2... EN puissent être traités par le système informatique 4, ils doivent être préalablement conditionnés par le dispositif de conditionnement 1. Ainsi, le dispositif de conditionnement 1 conforme à l'invention conditionne les signaux El, E2... EN en entrée et délivre en sortie des signaux SI, S2... SN correspondant aux signaux en entrée El, E2... EN. Le conditionnement des signaux consiste notamment à les amplifier et les filtrer. Dans ce mode de réalisation, un numériseur 5 est connecté entre le dispositif de conditionnement 1 et le système informatique 4. Ainsi, les signaux SI, S2 ... SN en sortie du dispositif de conditionnement 1 (signaux analogiques) sont numérisés afin qu'ils puissent être traités par le système informatique 4. Le système informatique 4 comporte des moyens adaptés à traiter les signaux SI, S2 ... SN provenant du dispositif de conditionnement 1, en particulier une unité centrale 4a et des mémoires 4b. Le système informatique 4 comporte également un écran 4c afin de pouvoir visualiser les signaux SI, S2 ... SN reçus du dispositif de conditionnement 1, ainsi que les résultats des analyses réalisées. Le dispositif de conditionnement conforme à l'invention sera décrit ci- dessous en référence à la figure 2. Bien entendu, le numériseur 5 peut faire partie du dispositif de conditionnement 1 au lieu d'être relié en sortie du dispositif de conditionnement 1, comme dans ce mode de réalisation. La connexion 6 entre numériseur 5 et le système informatique 4 peut être mise en oeuvre par divers moyens, par exemple une liaison USB ou par communication via une technologie sans fil (par exemple, par liaison radio courte distance). On va décrire ensuite, en référence à la figure 2, un mode de réalisation du dispositif de conditionnement 1 conforme à l'invention. Comme décrit ci-dessus, le dispositif de conditionnement 1 reçoit en entrée des signaux électro-physiologiques provenant chacun d'une cellule ou d'un groupe de cellules. Ces signaux électro-physiologiques représentent par exemple des événements ayant lieu dans la cellule ou le groupe de cellules. Dans cet exemple, le dispositif de conditionnement 1 reçoit en entrée seulement deux signaux physiologiques El, E2. Néanmoins, le dispositif de conditionnement 1 conforme à l'invention trouve le plus souvent son application dans le conditionnement de signaux provenant d'un réseau d'électrodes (ou microélectrodes) en nombre supérieur à deux. Par exemple, le nombre d'électrodes 2a, 2b, et, par conséquent le nombre de signaux électro-physiologiques El, E2 d'entrée, ainsi que des voies et des signaux en sortie, peut présenter une valeur appartenant à une plage de valeurs entre 16 et 128. Dans cet exemple, le dispositif de conditionnement 1 comporte des moyens de soustraction 11, 12 de la composante continue des signaux électrophysiologiques en entrée El, E2. Chaque signal électro-physiologique El, E2 a des moyens de conditionnement dédiés, c'est-à-dire que les voies correspondant à des signaux électro-physiologiques différentes sont indépendantes entre elles. Afin de simplifier la description, on va décrire le conditionnement d'un seul signal physiologique d'entrée El. Ainsi, les moyens de conditionnement 1 correspondant à un premier signal électro-physiologique El comportent des moyens de soustraction 11 de la composante continue du signal électro-physiologique El, des moyens de filtrage 21 à phase linéaire et des moyens d'amplification 31a, 31b du signal électro-physiologique El. Ces moyens 11, 21, 31a, 31b définissent le trajet du signal dans les moyens de conditionnement et présentent exclusivement des impédances réelles sur le trajet du signal électro-physiologique El entre l'entrée et la sortie du dispositif de conditionnement 1. Ainsi, des condensateurs ne sont pas présents sur le trajet du signal électro-physiologique El. L'absence de condensateurs sur ce trajet garantit une faible variation de la phase du signal électro-physiologique El dans le temps. Ainsi, le signal El peut être reconstruit après conditionnement dans le domaine temporel de manière fidèle, et son analyse en relation avec d'autres signaux est fiable. Les moyens de soustraction de la composante continue 11 du signal électro-physiologique El comportent un bloc de soustraction 111 et un bloc d'intégration 112. Le bloc de soustraction 111 et le bloc d'intégration 112 sont des circuits connus de l'homme du métier et ne seront pas décrits ici. Le bloc d'intégration 112 met en oeuvre l'intégration sur une période de temps d'un signal de sortie E11 du bloc de soustraction 111, obtenant ainsi à sa sortie la valeur moyenne de ce signal E11. Le bloc de soustraction 111 réalise la soustraction de cette valeur moyenne ou composante continue du signal électro-physiologique El. Ainsi, en sortie des moyens de soustraction 11 de la composante continue, on obtient le signal Eu correspondant au signal électro-physiologique El sans composante continue. Ceci évite la saturation des composants tels que les amplificateurs, disposés sur le trajet du signal électro-physiologique El. En effet, des amplificateurs peuvent être saturés lors du traitement de signaux de très faible valeur d'amplitude. Il est utile de connaître la composante continue du signal électrophysiologique El afin de réaliser certaines analyses. Ainsi, un signal continu S1_DC correspondant à la composante continue du signal électro-physiologique El est délivré en sortie des moyens de conditionnement 1. Le signal continu S1_DC est obtenu par un filtrage mis en oeuvre par un filtre passe-bas 13, suivi d'une amplification mise en oeuvre par des moyens d'amplification 14. Les moyens de filtrage 21 du signal Eu correspondant au signal électronique El sans composante continue consistent en des filtres à phase linéaire. Ainsi, la phase des signaux en fonction de la fréquence est respectée. Les moyens de filtrage 21 comportent au moins un élément capacitif, au moins un élément résistif et des moyens de transformation de la partie complexe de l'impédance des moyens de filtrage en partie réelle. Les moyens de transformation sont adaptés à transformer l'impédance correspondant à l'au moins un élément capacitif dans les moyens de filtrage 21 en impédance correspondant à un second élément résistif. La valeur de cette impédance correspondant au second élément résistif diminue lorsque la fréquence du signal électro-physiologique El augmente. Ici, le second élément résistif diminue en valeurs quadratiques. En effet, les moyens de filtrage 21 sont adaptés à réaliser une multiplication des impédances par le terme 1 , avec s = jw = j2nf, dans laquelle s w est la fréquence angulaire ou pulsation et f la fréquence. Ainsi, l'impédance d'un condensateur, Zc = j 1 est multipliée par Par conséquent, l'impédance du condensateur est représentée par l'équation Zc = -1 , c'est-à-dire que l'impédance du condensateur est co2C transformée dans une résistance à pente négative en fonction de la fréquence. Ce type de filtres est connu comme "circuits gyrateurs" (connus en nomenclature anglo-saxonne comme "gyrator filters" ou "positive impedance inverter filters"). Ce type de filtres est connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit ici. A titre d'exemple nullement limitatif, le filtre est un filtre du sixième ordre dans lequel la linéarité de la bande de 1 Hz à 5kHz est optimisée et qui 10 procure une atténuation de 80 dB à une fréquence de 10kHz. Dans ce mode de réalisation, les moyens d'amplification comportent deux blocs amplificateurs 31a, 31b. Un premier bloc amplificateur 31a est disposé en sortie des moyens de soustraction 11 et est apte à amplifier le signal Eu correspondant au signal électro-physiologique El sans composante 15 continue. Un second bloc amplificateur 31b est disposé en sortie des moyens de filtrage 21 et est apte à amplifier le signal Eu correspondant au signal électro-physiologique El sans composante continue et filtré. Bien entendu, le nombre de blocs amplificateurs peut être différent. En sortie du second bloc amplificateur 31 b, un signal de sortie SI du 20 dispositif de conditionnement 1, correspondant au signal électro-physiologique E11, est obtenu. Ce signal de sortie SI est un signal filtré et amplifié. Ce signal de sortie SI, obtenu en sortie du dispositif de conditionnement 1, est numérisé par des moyens de conversion en numérique 5 connectés en sortie du dispositif de conditionnement 1. Ainsi, les signaux de 25 sortie SI, S2 peuvent être traités par un système informatique 4, comme décrit ci-dessus. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de conditionnement 1 comporte des moyens de conversion en numériques embarqués. Le dispositif de conditionnement 1 comporte en outre des moyens de 30 contre-réaction 50 de la somme des composantes continues des signaux au signal électro-physiologiques El, E2. Dans ce mode de réalisation, les moyens de contre-réaction 50 comportent deux circuits limiteurs 511, 512 (chaque circuit limiteur correspond respectivement à un signal électro-physiologique El, E2), un circuit additionneur 52 qui additionne les deux signaux en sortie des deux circuits limiteurs 511, 512, un circuit d'intégration 53 du signal en sortie du circuit additionneur 52, et enfin un filtre passe-bas 54. En sortie des moyens de contre-réaction 50, un signal de contre-réaction S_FB est obtenu. Le signal de contre-réaction S_FB peut être employé afin d'imposer aux cellules ou groupe de cellules 3 un niveau moyen de tension. Ainsi, les variations de la ligne base ("baseline" en technologie anglo-saxonne) associé aux signaux électro-physiologiques (signaux de faible amplitude) sont limitées. En outre, le dispositif de conditionnement 1 reçoit en entrée trois signaux de référence REF1, REF2, REF3. Un premier signal de référence REF1 provient des électrodes 2a, 2b, ...2n, un deuxième signal de référence REF2 provient du système informatique 4, et un troisième signal de référence REF3 correspond ici au potentiel nul. Le premier signal de référence REF1 est délivré en sortie (REF12) du dispositif de conditionnement 1 après amplification. Ainsi, ce premier signal de référence REF1 peut être utilisé par le système informatique 4. Le dispositif de conditionnement 1 comporte des moyens de sélection 60 des signaux de référence REF1, REF2, REF3. Les moyens de sélection 60 reçoivent en outre le signal de contre-réaction S_FB. Ainsi, les moyens de sélection 60 sont aptes à sélectionner un signal de référence sélectionné REF_SEL parmi les signaux de référence REF1, REF2, REF3 et le signal de contre-réaction S_FB. Le signal de référence sélectionné REF_SEL est injecté dans les moyens de soustraction 11, 12 afin de servir de contre-réaction. Dans ce mode de réalisation, les condensateurs dans le dispositif de 30 conditionnement 1 sont des condensateurs céramiques de type NPO ("négatif/positif zéro"), c'est-à-dire permettant un coefficient de température nul. Ce type de condensateur présente une bonne stabilité en température et dans le temps. Les condensateurs utilisés dans le dispositif de conditionnement 1 proviennent du même lot de fabrication pour diminuer la sensibilité du système aux éléments ou composants qui le constituent. Ici, les condensateurs présentent une faible valeur capacitive, typiquement 10 nF. Ainsi, le comportement des condensateurs est similaire lors du traitement de tous les signaux électro-physiologiques El, E2. Par conséquent, l'évolution dans le temps de la différence de phase des signaux électro-physiologiques El, E2 n'est pas modifiée, et l'analyse des signaux de sortie SI, S2 est fiable. Par ailleurs, le dispositif de conditionnement 1 est conçu avec des composants à faible consommation de puissance afin de minimiser l'échauffement du dispositif de conditionnement 1. Ainsi grâce à l'invention, la phase des signaux synchrones électrophysiologiques n'est pas modifiée lors de leur conditionnement. Par conséquent, les signaux électro-physiologiques peuvent être analysés de manière fiable. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple de réalisation décrit précédemment sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le dispositif de conditionnement peut comporter de moyens de numérisation embarqués. Par ailleurs, le nombre de signaux électro-physiologiques conditionnés peut être variable. REVENDICATIONS1. Dispositif de conditionnement (1) d'au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques (El, E2... EN) en entrée, provenant respectivement d'au moins deux capteurs (2a, 2b... 2n), adapté à délivrer au moins deux signaux de sortie (SI, S2... Sn) correspondant auxdits au moins deux signaux électro-physiologiques (El, E2... EN) après conditionnement par ledit dispositif de conditionnement (1), caractérisé en ce que le dispositif de conditionnement (1) comporte des moyens de conditionnement desdits signaux électro-physiologiques présentant exclusivement des impédances réelles sur le trajet desdits au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques (El, E2... EN) entre l'entrée et la sortie dudit dispositif de conditionnement. 2. Dispositif de conditionnement conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de conditionnement comportent pour chaque signal synchrone électro-physiologique en entrée: - des moyens de soustraction (11, 12) d'une composante continue dudit signal synchrone électro-physiologique (El, E2); - des moyens de filtrage (21, 22) à phase linéaire dudit signal synchrone électro-physiologique (El, E2) ; et - des moyens d'amplification (31a, 31b, 32a, 32b) dudit signal synchrone électro-physiologique (El, E2). 5. Dispositif de conditionnement conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il délivre en outre au moins deux seconds signaux de sortie (S1_DC, S2_DC), associés respectivement auxdits au moins deux signaux (SI, S2) de sortie et correspondant respectivement aux composantes continues desdits au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques (El, E2). 6. Dispositif de conditionnement conforme à l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de filtrage (21, 22) comportent des moyens de transformation de la partie complexe de l'impédance des moyens de filtrage en partie réelle. 7. Dispositif de conditionnement conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de filtrage (21, 22) comportent au moins un élément capacitif et au moins un élément résistif, et les moyens de transformation de la partie complexe de l'impédance sont adaptés à transformer l'impédance correspondant audit au moins un élément capacitif en impédance correspondant à un second élément résistif, la valeur de ladite impédance correspondant audit second élément résistif diminuant lorsque la fréquence desdits signaux synchrones électro-physiologiques (El, E2... EN) augmente. 6. Dispositif de conditionnement conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des condensateurs céramiques de coefficient de température nul provenant d'un même lot de fabrication, lesdits condensateurs présentant tous la même valeur de capacité. 7. Dispositif de conditionnement conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de contre-réaction (50) de la somme des composantes continues desdits au moins deux signaux synchrones électro-physiologiques (El, E2). 8. Dispositif de conditionnement conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des composants à faible consommation de puissance. 9. Dispositif de conditionnement conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de conversion en numérique (5) desdits signaux synchrones électro-physiologiques (El, E2).