Brevet FR2965468A1 — publié le 20120406

SYSTEME DE MESURE DE L'ACTIVITE CARDIAQUE ET/OU RESPIRATOIRE D'UNE PERSONNE OU D'UN ANIMAL DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un système et un procédé de mesure de l'activité cardiaque et/ou respiratoire d'une personne ou d'un animal. L'activité cardiaque mesurée est notamment le rythme cardiaque ou le pouls, ou alors, l'activité électrique du coeur telle que représentée dans un électrocardiogramme (ECG), et que l'on dénommera ci-après « activité ECG ». L'activité respiratoire est mesurée avec les mêmes électrodes que l'ECG mais le signal est traité différemment pour en extraire la fréquence respiratoire. ART ANTERIEUR Les différentes mesures de l'activité cardiaque et, notamment, la mesure de l'activité ECG, est réalisée, selon l'art antérieur, au moyen de systèmes complexes et coûteux, comprenant, d'une part, des électrodes destinées à être disposées sur le corps d'une personne et, d'autre part, un boîtier lourd et volumineux, muni de moyens d'impression de l'électrocardiogramme sur une bande papier. Les électrodes et le boîtier sont connectés électriquement, de manière filaire. Ainsi, tout un chacun ne peut, aujourd'hui, posséder un système susceptible de produire un électrocardiogramme, qui soit pratique d'utilisation et bon marché. Par ailleurs, au cours d'un entrainement sportif classique, une personne ne peut pas obtenir un électrocardiogramme représentatif de l'activité de son coeur, alors qu'un tel électrocardiogramme pourrait être utile, par exemple au cours d'un effort excessif. Certes, la mesure du rythme cardiaque, par exemple au moyen de la prise du pouls, peut être réalisée grâce à des systèmes simples, portatifs et bon-marché. Néanmoins, ces systèmes sont strictement limités à la mesure du rythme cardiaque per se et ne peuvent implémenter de fonctions complexes. Ils ne peuvent pas aujourd'hui assurer une mesure de l'activité ECG, ni respiratoire. Compte tenu de ce qui précède, un problème que se propose de résoudre l'invention est de réaliser un système de mesure de l'activité cardiaque et/ou respiratoire d'une personne ou d'un animal, qui soit simple d'utilisation, et pratique. RESUME DE L'INVENTION La solution proposée de l'invention à ce problème a pour premier objet, un système de mesure de l'activité cardiaque et/ou respiratoire d'une personne ou d'un animal comprenant : des électrodes, lesdites électrodes étant positionnées sur le corps de ladite personne ou dudit animal, pour la capture d'un signal électro-physiologique représentatif de l'activité du coeur et/ou respiratoire ; un boîtier émetteur pour l'émission sans fil dudit signal ; un boîtier récepteur du signal émis par ledit boîtier émetteur ; des moyens de modulation du signal électrophysiologique reçu par ledit boîtier récepteur ; un terminal portatif du type téléphone intelligent muni d'un module de traitement du signal reçu, et d'un écran pour un affichage de données représentatives de l'activité cardiaque et/ou respiratoire. Elle a pour second objet, un procédé de mesure de l'activité cardiaque et/ou respiratoire d'une personne ou d'un animal, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes de : fourniture d'un système comprenant des électrodes, un boîtier émetteur, un boîtier récepteur, des moyens de modulation et un terminal portatif du type téléphone intelligent ; positionnement des électrodes sur le corps de ladite 15 personne ou dudit animal ; capture d'un signal électro-physiologique représentatif de l'activité cardiaque et/ou respiratoire ; d'émission sans fil dudit signal ; 20 de réception du signal émis par le boîtier émetteur ; de modulation du signal électro-physiologique reçu par ledit récepteur ; traitement du signal au moyen d'un module de 25 traitement ; et de affichage de données représentatives de l'activité cardiaque et/ou respiratoire sur un écran du terminal portatif. 30 Le système selon l'invention est du type téléphone intelligent. I1 est léger, simple et pratique d'utilisation. La transmission des signaux est réalisée sans fil. Une personne peut donc de manière simple, au cours d'un entrainement sportif classique, obtenir des données représentatives de l'activité cardiaque et/ou respiratoire pendant l'effort et, en particulier, des données représentatives de l'activité ECG. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui suit, rédigée au regard 10 des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 schématise le système selon l'invention ; - la figure 2 illustre le cas où un même récepteur 15 reçoit des signaux de personnes différentes situées à proximité l'une de l'autre ; - la figure 3 schématise les moyens de traitement de signature du système selon l'invention ; et - la figure 4 schématise les différentes étapes 20 d'extraction d'une courbe enveloppe. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le système selon l'invention est un système de mesure de 25 l'activité cardiaque et/ou respiratoire. Dans un premier exemple, l'activité cardiaque mesurée est le rythme cardiaque et/ou le pouls, qui est représentatif du rythme cardiaque. Dans un second exemple, l'activité cardiaque mesurée est l'activité électrique du coeur, appelée 30 e activité ECG » dans la présente demande. On notera que, selon l'invention, différentes activités cardiaques sont susceptibles d'être mesurées avec un même système selon l'invention. I1 s'agit par exemple de mesures du rythme5 cardiaque et de l'activité ECG. Les mesures du rythme cardiaque et de l'activité ECG sont susceptibles d'être concomitantes. L'activité respiratoire est notamment la fréquence respiratoire. Ainsi que cela est schématisé à la figure 1, le système selon l'invention comprend une pluralité d'électrodes, par exemple deux électrodes, des moyens d'amplification, des moyens de traitement des signaux amplifiés, un boîtier émetteur et un boîtier récepteur, des moyens de modulation du signal, et un terminal portatif. Les électrodes sont destinées à être positionnées sur le corps d'une personne ou d'un animal. Elles peuvent être contenues dans une ceinture pectorale ou dans tout autre dispositif. Il peut s'agir d'électrodes disposées sur un support sur lesquelles la personne applique ses doigts. Ces électrodes captent un signal représentatif de l'activité du coeur. Il s'agit d'un signal électro- physiologique. L'acquisition du signal est réalisée sur 1 à 12 voies. Les moyens d'amplification amplifient le signal. En effet, les signaux électro-physiologiques captés sont des 25 signaux de très faible intensité. Les moyens de traitement des signaux électrophysiologiques captés par les électrodes, puis amplifiés permettent de distinguer les signaux du rythme cardiaque 30 (HR), rythme respiratoire (RR) et les signaux représentatifs de l'activité ECG. Le boîtier émetteur assure l'émission des signaux éventuellement traités, sans fil, au boîtier récepteur. I1 est muni à cet effet d'une ou plusieurs antennes, selon les fréquences utilisées, dans la gamme des radiofréquences. Pour transmettre les signaux représentatifs du rythme cardiaque, on génère des impulsions codées ou non codées. Pour transmettre les signaux représentatifs de l'activité ECG, on réalise une modulation FSK (modulation par déplacement de fréquence) ou des moyens pour une modulation numérique directe (DDS) ou encore modulation d'amplitude (AM). Le boîtier récepteur reçoit des signaux émis par ledit boîtier émetteur. La réception est du type à bande étroite à accordage dynamique. Elle est susceptible d'être réalisée selon plusieurs gammes de fréquences. Le boîtier récepteur comprend une chaine d'amplification et de filtrage. Un contrôle automatique de gain garantit une amplitude à peu près constante, même si la distance entre les boîtiers émetteur et récepteur varie. Les moyens de modulation des signaux électrophysiologiques sont par exemple des moyens pour une modulation des signaux en signaux audio ou des moyens pour une modulation des signaux numériques acceptés par un port série du terminal portatif. Le terminal portatif est un téléphone intelligent. Dans un exemple, il s'agit d'un téléphone intelligent commercialisé sous la marque iPhone' par Apple'. Il peut cependant s'agir d'autres terminaux. Le terminal portatif comprend au moins un port matériel pour l'acquisition des signaux reçu. Il s'agit par exemple d'une entrée microphone et d'un port série d'entrée/sortie de données numériques. Il comprend en outre des moyens de démodulation des signaux modulés reçus sur l'une des entrées précitées : entrée microphone lorsqu'il s'agit de données audio ou port série lorsqu'il s'agit de données numériques qui ne sont pas encapsulées dans un signal analogique audio. Il comprend encore un module de traitement du signal reçu par le récepteur. Ce module est un module matériel et/ou logiciel susceptible d'être intégré dans le boîtier récepteur, dans le terminal, ou alors, en partie dans le boîtier récepteur et en partie dans le terminal. Ce module de traitement comprend lui-même un module de reconnaissance de signature de signaux, pour une extraction et une reconnaissance des signatures des signaux, et une distinction entre les signaux. Ce module de reconnaissance de signature comprend un filtre passe bande, un démodulateur, et un comparateur. Il comprend par ailleurs un écran pour un affichage des 25 données représentatives de l'activité cardiaque. Il comprends enfin des moyens pour une identification de la personne abonnée dans un réseau cellulaire du type GSM, et pour la transmission, au sein d'un tel réseau, de 30 données numériques, notamment des données représentatives de l'activité ECG. 2965468 s Compte tenu du fait que la transmission des signaux entre le boîtier émetteur et le boîtier récepteur est réalisée sans fil, des signaux de différentes personnes sont susceptibles d'être reçus par un même boîtier récepteur, 5 notamment lorsque lesdites personnes sont situées à proximité. En outre, les signaux reçus par un boîtier récepteur sont susceptibles d'être perturbés, par exemple, lorsque la personne portant le boîtier récepteur est à proximité d'une source de rayonnements 10 électromagnétiques. Aussi, selon l'invention, les signaux reçus par le boîtier récepteur font l'objet d'un traitement, ce traitement ayant lieu par exemple en partie au niveau du 15 récepteur et en partie dans le terminal. En partie haute de la figure 2, on a représenté des signaux électro-physiologiques provenant de deux personnes différentes, qui sont situées à proximité l'une 20 de l'autre. Dans un tel cas, les signaux se superposent et doivent être distingués. Pour distinguer les signaux de la personne dont on souhaite mesurer une activité cardiaque des signaux du tiers, on analyse la signature des signaux reçus et on compare cette signature à la signature préalablement mémorisée, des signaux de la personne souhaitée. La signature d'un signal est composée de la fréquence de la porteuse (Freq 1) et, dans le cas où les signaux sont modulés en fréquence, de la profondeur de cette modulation (Freq 2). Les temps tl, t2, t3, t4 et t5 sont calculés en extrayant l'enveloppe du signal et en prenant pour référence le temps t0=0 de la première enveloppe. Il peut y avoir un maximum de 20 enveloppes donc 40 valeurs temporelles. Les valeurs non utilisées sont mises à zéro. Ainsi que cela apparaît à la figure 3, les moyens de traitement de la signature comprennent des moyens d'échantillonnage du signal à une fréquence FregEch, un filtre passe bande, une mémoire pour la mémorisation d'un histogramme de fréquences, un détecteur d'enveloppes, un comparateur, et une mémoire pour la mémorisation des enveloppes. Le filtre passe bande est un filtre à réponse impulsionnelle finie(FIR) composé d'un filtre passe haut convolué avec une légère résonnance sur la porteuse. Cela permet un gain d'environ 10 dB de la fréquence utile par rapport aux fréquences hautes. L'extraction de signature est encapsulée dans une fonction qui a pour paramètres s = signature (in, out, FregEch, Freq, mode) où « in » est un tableau d'entrée qui comprend les valeurs du signal en provenance de l'émetteur, « out » est un tableau contenant la signature, « FregEch » est la fréquence d'échantillonnage exprimée en Hz, et « Freq » est la fréquence de filtrage pour le détecteur d'enveloppe. En mode apprentissage (mode = 1), le tableau « out » contient, en plus des deux fréquences les plus usitées obtenues par la réalisation d'un histogramme des différences des fronts. Le filtrage de fréquence est alors peu sélectif, avec une marge de plus ou moins 70%. En mode détection (mode = 0), le filtrage est sélectif, avec un marge de plus ou moins 10%. Il n'y a pas de réalisation d'un histogramme. L'enveloppe est extraite en quatre étapes successives qui sont illustrées à la figure 4. Dans une première étape, on calcule un seuil en choisissant, comme valeur de ce seuil, deux fois la valeur moyenne du signal reçu. Dans une seconde étape, on ne considère que les points, comme le point P1, qui sont situés au-dessus dudit seuil et pour lesquels le point précédent est au-dessous de ce seuil, puis on mémorise les valeurs temporelles de ces points. Ces valeurs temporelles correspondent, en définitive, à des fronts montants détectés dans le signal. On notera que, dans le cas d'une absence de signal, on continue d'émettre des faux fronts à une fréquence différente choisie à un multiple non entier de la fréquence de modulation. Dans une troisième étape, on définit un signal de cohérence en appliquant un test logique puis en incrémentant un compteur en cas de réussite et en décrémentant dans le cas contraire. La valeur du signal de cohérence est bornée entre 0 et une valeur maximale de 5 à la figure 4, qui peut être supérieure en pratique, par exemple égale à 10. Si la période = 1/Fréquence recherchée Delta = (Front(N) - Front (N-1) La condition logique est : Condition = (delta Ceci combine un filtre passe haut et un détecteur de modulation d'amplitude. Enfin, l'enveloppe est obtenue avec un détecteur de seuil (> 50%) sur le signal de cohérence. En mode apprentissage, les fréquences Freql et Freg2 sont obtenues en faisant un histogramme des front montant et en enlevant les fausses valeurs 0 et celle correspondant au multiple non entier du détecteur de front. Exemple 1 : Mesure du rythme cardiaque - iPhoneTM En pratique, dans un mode de réalisation selon l'invention l'utilisateur ouvre une application, puis entre dans un mode « nouvel entrainement ». I1 met sa ceinture pectorale et place son iPhoneTM à proximité, c'est-à-dire à moins de 30 cm, et s'éloigne d'autres utilisateur et sources de perturbations électromagnétiques, de façon à ce que le signal de l'émetteur puisse être identifié de manière non équivoque par son amplitude élevée et son très bon rapport signal à bruit. Si au moins un profil existe, on invoque la fonction d'extraction de signature en mode détection. Si le résultat est positif (c'est-à-dire égal à un profil existant) deux fois de suite, on passe alors à l'étape S5. S2 : on invoque la fonction extraction de signature en mode apprentissage et on la stocke. On l'invoque ensuite en mode détection. Si le résultat est positif deux fois de suite, on passe à l'étape S. S3 : on affiche un résultat positif sur l'écran de l' iPhoneTM S4 : on demande à l'utilisateur de saisir un nom pour ce profil de ceinture. Un éditeur de profil permet de recoder ou de supprimer les profils de ceintures existants. S5 : la fréquence cardiaque s'affiche sur l'écran. Exemple 2 : ECG L'ECG se déclenche soit par appui sur un bouton soit par atteinte d'objectifs pré-programmés, qui combinent des conditions de durée, de vitesse, de géo-localisation, et/ou de rythme cardiaque telles que dans le tableau ci-dessous : Paramètre Condition Rythme Cardiaque > 100 Durée Pendant plus de 5 min Rythme Respiratoire > 120 Temps de course 1 heure Géolocalisation Arrivée à la balise 3 Bouton Appui L'ECG est transmis au téléphone par une modulation qui interrompt le flux continu des impulsions HR, RR. REVENDICATIONS1. Système de mesure de l'activité cardiaque et/ou respiratoire d'une personne ou d'un animal comprenant : des électrodes, lesdites électrodes étant positionnées sur le corps de ladite personne ou dudit animal, pour la capture d'un signal électro-physiologique représentatif de l'activité du coeur et/ou de l'activité respiratoire ; un boîtier émetteur pour l'émission sans fil dudit signal ; un boîtier récepteur du signal émis par ledit boîtier émetteur ; des moyens de modulation du signal électro-15 physiologique reçu par ledit récepteur ; un terminal portatif du type téléphone intelligent muni d'un module de traitement du signal, et d'un écran pour un affichage de données représentatives de l'activité cardiaque et/ou respiratoire. 20 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système comprend en outre : des moyens de démodulation du signal modulé. 25 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal modulé transmis est un signal audio acquis sur une voie microphone du terminal portatif. 30 4. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal modulé transmis est un signal numérique, et en ce que le signal modulé transmis est acquis sur un port série du terminal portatif. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le terminal est un téléphone intelligent. 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'activité mesurée est une activité ECG. 7. Système selon l'une des revendications 10 précédentes, caractérisé en ce que l'activité mesurée est une fréquence respiratoire. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des modules 15 de reconnaissance de signature pour détecter une signature dans des signaux reçus et des moyens pour comparer cette signature avec une signature mémorisée de manière à distinguer les signaux reçus de ladite personne ou dudit animal d'autres signaux. 20 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le module de reconnaissance de signature comprend un filtre passe bande, un détecteur, et un comparateur. 25 10. Procédé de mesure de l'activité cardiaque et/ou respiratoire d'une personne ou d'un animal, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes de : fourniture d'un système comprenant des électrodes, un boîtier émetteur, un boîtier récepteur, des moyens de 30 modulation et un terminal portatif du type téléphone intelligent ; positionnement des électrodes sur le corps de ladite personne ou dudit animal ;capture d'un signal électro-physiologique représentatif de l'activité cardiaque et/ou respiratoire ; d'émission sans fil dudit signal ; de réception du signal émis par le boîtier émetteur ; de modulation du signal électro-physiologique reçu par ledit récepteur ; traitement du signal au moyen d'un module de 10 traitement ; et de affichage de données représentatives de l'activité cardiaque et/ou respiratoire sur un écran du terminal portatif. 15