FR2535964A1 - Appareillage de mesure, de traitement, de stockage et d'affichage de signaux biomedicaux - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREILLAGE DE PRIX MODERE, PORTABLE, DONNANT DES RENSEIGNEMENTS IMMEDIATS DE FACON AUTOMATIQUE. IL RENSEIGNE SUR LA TEMPERATURE DE SURFACE DU CORPS, LES ELECTROCARDIOGRAMMES ET LES ELECTROMYOGRAMMES, LES BRUITS DU COEUR, LA TENSION ARTERIELLE ET LE POULS. L'APPAREILLAGE SE CARACTERISE PAR UNE STRUCTURE MODULAIRE. LES SIGNAUX, RECUEILLIS PAR DES CAPTEURS QUI LES TRANSFORMENT EN SIGNAUX ELECTRIQUES, PASSENT ENSUITE DANS DIVERS BLOCS DE TRAITEMENT ELECTRONIQUE ET MICROINFORMATIQUE, DONNANT DES RENSEIGNEMENTS DE PLUS EN PLUS NOMBREUX. L'APPAREILLAGE A UNE VOCATION INDIVIDUELLE AUTANT QUE MEDICALE; IL PERMET A CHACUN DE FAIRE COMMODEMENT UN BILAN DE SANTE REGULIER. ILE PERMET AUSSI DES CONTROLES AU COURS D'ACTIVITES PARTICULIERES, COMME LE SPORT. TOUT OU PARTIE DE L'EQUIPEMENT EST RENDUE SOLIDAIRE DU CORPS, GRACE A DES CEINTURES, BRASSARDS OU HARNAIS SUIVANT LES CAS, AVEC UNE ALIMENTATION ELECTRIQUE AUTONOME PAR PILES.

Description

La présente invention concerne un appareillage de mesure, de traitement, de stockage et d'affichage de données biomédicales chiffrées, reposant sur des principes conduisant à une structure simple, fiable, de prix modéré, modulaire et portable, avec alimentation par piles ou éventuellement par énergie solaire et donnant des renseignements immédiats.

L'aspect modulaire est essentiel; cela permet de satisfaire à des besoins variés, depuis le contrôle de routine sommaire jusqu'à la centrale de mesure et de traitement. Ainsi l'appareillage pourra être implanté à différents niveaux de l'activité de santé et de l'activité médicale, par exemple pour un bilan de santé, pour un contrôle au cours d'activités particulières telles que les activités sportives, pour le suivi et le traitement des malades. Il est utilisable par tout individu et peut être posé sur un animal car il fonctionne automatiquement.

L'appareil est essentiellement de type électronique et microinformatique.

Il fait le lien entre des appareils simples, très sommaires, d'utilisation manuelle, et les appareils sophistiqués que l'on trouve dans certains services hospitaliers.

Il e donc une nature et une vocation originales.

Il faudra distinguer deux cas pour la mise en oeuvre: celui d'un sujet r qui est dans un état moyen de repos (c'est le cas le plus usuel, même s'il fait de l'exercice) et celui d'un sujet d qui se déplace. Dans tous les cas, les dispositifs de prise d'information sont solidaires du sujet. Les autres dispositifs, qui constituent la partie essentielle, peuvent être, suivant leur poids et leur volume, solidaires du sujet ou à part; cela va dépendre s'iî/s'agit d'un sujet r ou d.

Les mesures concernent la température de surface du corps, la tension artérielle, 1'ECG (électrocardiogramme), I'EMG (électromyogramme), les bruits du coeur et de la respiration; d'autres mesures sont envisageables. On part de capteurs Ci, choisis pour leur commodité d'emploi (capteurs ole# surface) et leur bas prix de revient. Le choix ci-dessous n'est pas limitatif; des capteurs internes sont envisageables.

Les électrodes pour ECG et EMG sont classiques (les électrodes Ag-chlorure d'Ag étant préférées aux électrodes purement métalliques, malgré leur prix de revient plus élevé2.Pour les bruits, on a prévu un petit microphone électrodynamique, poutsa température orta retenu une sonde à résistance classique. Les précautions usuelles sont prises avant la pose, notamment pour les électrodes d'ECG et EN1G afin d'assurer un bon contact électrique. Pour la pression artérielle on a fait appel au transducteur LUX0503 fourni par National Semiconductor; il est utilisé avec un brassard comportant une chambre gazeuse, car il est destine à mesurer la pression de ce gaz en la transformant en un signal électrique qui varie proportionnellement.

Pour recueillir de façon commode les signaux fournis par les capteurs, on a prévu divers types de porte-capteurs: capteurs sépares Ci munis d'une bande adhésive, sangles Si thoraciques ou abdominales, bracelets et brassards divers Bi pour les membres, positionnés sur le corps avec un serrage réglable.

Le brassard Pi à chambre gazeuse destiné au capteur de pression peut être un brassard qu'on gonfle à la main, avec mesures lors du dégonflage progressif spontané: on détermine les pressions maximale et minimale du sang de façon automatique grâce à une analyse du signal au cours de la baisse de pression, sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à un stéthoscope ou a un système équivalent.

Pour les mesures continues et entièrefnent automatiques, on a prévu, surtout zour les sujets d, un brassard dans lequel on fixe la pression moyenne au départ par un serrage approprie: avec une chambre gazeuse d'assez faible volume, le capteur de pression réagit aux variations de la pression sanguine. Un tel brassard n'est pas trop serre, afin de ne pas trop perturber l'écoulement du sang. On l'utilisera également, avec un serrage plus grand, pour perturber volontairement cet écoulement af n d'en examiner les conséquences sur d'autres signaux.

Nous allons maintenant détailler les différentes parties du système électronique et microinformatique. Dans le cas ou ce système est étendu et doit être porté par le sujet (sujet d), on a prévu un gilet spécial ou harnais G portant à la fois les capteurs et tout le système.

Les divers signaux, fonction du temps, sont transmis à un système électronique de base comportant deux blocs. Dans le premier,El, le#ignaux sont d'abord amplifiés avec un gain reglabld#t un contrôle de zéro. Le réglage de base est fait en principe une fois pour toutes pour chaque individu; ainsi, pour les mesures systématiques ultérieures, le signal de sortie aura une signification précise dans chaque cas. C'est toujours une tension électrique variable au cours du temps; dans le cas du bruit du coeur (signal "phono"), on peut restituer le son.

Le deuxième bloc, E2, est prévu pour faire apparaître des tensions constantes représentant certaines caractéristiques des signaux; chacune apparaît aux bornes d'une capacité, qui en assure la conservation pendant le temps nécessaire à l'exploitation du résultat.Les techniques,analogiques, utilisées sont connues de l'homme de l'art et par conséquent ne seront pas décrites en détail.

Ainsi le bloc E2 permet d'abord, pour les divers signaux, de déterminer des amplitudes ou amplitudes de variations sur la totalité du signal ou sur une partie (ex.:amplitude de l'onde R de 1'ECG). il permet d'autre part de déterminer des intervalles de temps simples caractéristiques des signaux, essentiellement temps s'écoulant entre des "pics" caractéristiques. Citons notamment le temps qui s'écoule entre deudpics R successifs de l'ECG, qui donne la période cardiaque ou pouls; on utilise une combinaison d'un comparateur basculant au passage de l'onde R, d'un monostable et d'une logique très simple isolant la durée correspondante qui est immédiatement transformée en un signal électrique proportionnel par une intégration.

Au total, dans un exemple de réalisation de bloc E2, ont été déterminés la fréquence cardiaque, les extremums de la pression artérielle, l'amplitude de l'onde R de l'ECG, l'amplitude maximale du bruit du coeur, la température moyenne sous le bras.

L'électronique précédente est complétée, dans le cadre de la structure modulaire de l'appareillage, par des adjonctions successives non obligatoires,- pour affiner l'analyse des signaux. Il y a d'abord un ensemble destiné a fournir encore des amplitudes et des intervalles de temps, mais dans des conditions plus délicates que précédemment: parties de signaux, sélectionnées automatiquement, pics secondaires, etc., étude de signaux transformés par filtrage et par intégration sur un intervalle de temps donné.

Cet ensemble comprend un bloc hybride H comportant une partie analogique et une partie hybride spécialisées et un système microinformatique I standard mais réduit à un minimum de boîtiers. Le -microprocesseur contrôle les signaux fonctiorlsdu temps par un test de niveau ou la détection de fronts montants ou descendants après mise en forme. Il produit deisignaux d'aiguillage, de sélection,... On peut aisément introduires des variantes par changement de programme.

Les techniques adoptées dans les blocs H et I, connues de l'homme de l'art, nedseront pas présentées en détail. A titre d'exemple, les mesures suivantes ont été prévues avec un bloc H particulier: intervalle entre l'onde R de l'ECG ellle début de la diastole repéré sur le signal donnant la pression sanguine, intervalle eNtre l'onde R et le premier bruit du coeur, amplitudes de l'ensemble des ondes de l'ECG et inti # valles de temps correspondants.

Le système I comprend trois parties connectées aux mêmes bus: une partie
M qui comprend le microprocesseur,quelques registres et un boitier d'interface pour les échanges d'information avec l'extérieur,une partie mémoire ROM, RI, et une partie mémoire RAM (R2). On a choisi pour le système I la technolo
gie CMOS pour bénéficier d'une faible consommation et des autres avantages
de cette technologie. On a choisi pour M le 6100 et le 6101 d'lntersil travail
lant sur 12 bits. La partie R2, fonctionnant sur piles, peut contenir des programmes. Les parties Ri et R2 ont des capacités de stockage qui dépendront des tâches prévues pour le système I (cf. ci-dessous).

L'appareil décrit jusqu'ici est muni d'un bloc d'affichage classique AI à cristaux liquides, pour les grandeurs précédentes numérisées. Ceci correspond au cas où leur évolution est assez lente. Il y a des boutons pour l'affichage successif des diverses grandeurs et des boutons de remise à zéro pour prendre de nouvelles valeurs. Ce bloc peut être monté sur un bracelet de poignet
Un bloc d'enregistrement V, utilisant une mini-imprimante à aiguille ou thermique est prévu pour conserver des résultats successifs obtenus sur un ou plusieurs sujets. Ces blocs d'affichage ou d'enregistrement utilisent des techniques connues de l'homme de l'art. Les commutations et remises à zéro peuvent être rendues automatiques.

Dans le cas d'activités qui empêchent la lecture ou pour lesquelles le bloc d'enregistrement serait trop volumineux (notamment pour les sujets d), divers dispositifs utilisant des techniques connues de l'homme de l'art ont été prévus. Un bloc F permet de transformer les signaux électriques analogiques en signaux sonores d'amplitude ou de fréquence variables. Un autre bloc T permet de transmettre par câble (sujet r) ou par radio (sujet d) tout ou partie des résultats à un centre spécialisé qui recueille et exploite les résultats.

Souvent il sera avantageux de conserver dans le bloc R2 les résultats en vue d'un#xploetation ultérieure.

Une analyse plus détaillée des signaux fournis par le bloc El est assurée par les extensions suivantes, dont la réalisation est connue de l'homme de l'art.

Un bloc D assure l'échantillonnage, la conversion et le stockage des échantillons dans le bloc R2 pour les différents signaux, avec l'aide du système I complet. Ceci est réalisé à prix modique compte tenu des faibles fréquences associées aux signaux. Oni choisi de stocker 16 ou 32 échantillons pour un signal, chaque valeur étant codée sur huit bits.

Le bloc D comporte essentiellement un multiplexeur, un compteur, un convertisseur analogique-digital. Grâce au système I, on a pu prévoir d'opérer sur une partie du signal choisie à volonté avec une période d'échantillonnage variable, ce qui permet l'étude détaillée de certaines parties.

Un bloc d'affichage A2 a été prévu pour visualiser les courbes à partir d'échantillons. OnXa sélectionné un micro-écran à cristaux liquides de (2,5x1,7) cm pouvant être monté, avec l'électronique associée, sur un bracelet de poignet.

Mais par ailleurs, on# prévu que le bloc T puisse être connecté, permettant la transmission des résultats au fur et à mesure, indépendamment du stockage dans le bloc R2.

On a prévu en outre de faire subir aux signaux initiaux des transformations mathématiques orthogonales pour aboutir à des signaux contenant la même information globale, mais avec une autre présentation qui peut faciliter par exemple,la détermination d'anomalies. Les transformées sont obtenues à partir des échantillons fonctionldu temps, grâce à des programmes convenables: on a prévu les transformées de Fourrier, de Walsh, de Haar, SH et SGS . Un programme implanté dans le bloc R1 permet d'obtenir toutes les transformées.

Les transformées peuvent être affichées par le bloc A2.

Le système I peut enfin être utilisé pour l'interprétation automatique et le diagnostic.

En ce qui concerne les interconnexions entre blocs, il faut distinguer le cas où on utilise un petit nombre de modules et celui où ce nombre est élevé. Dans le premier cas les connexions se font entre des nappes de fils par des connecteurs volants. Pour le second cas, on a prévu une autre solution.

Les liaisons sont établies et coupées automatiquement par signaux logiques; par extension, il en est de même pour les réglages et les sélections. Un automate programmable AP sert de pilote.

) L'appareillage peut enfin être relié à un système informatique classique.

On peut envisager de le commander à distance.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Appareil de mesure, de traitement, de stockage et d'affichage de données bio-médicales chiffrées, caractérisé par une structure simple et modulaire, de prix modéré, fiable, portable, alimenté par piles ou éventuellement à partir d'énergie solaire, donnant des renseignements immédiats et de façon automatique, pouvant être implanté à différents niveaux des activités de santé et médicales, utilisable directement par tout individu et pouvant être posé sur un animal.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il permet des mesures concernant la température de surface du corps, ou l'électrocardiogram- me, ou la tension artérielle et le pouls, ou les bruits du coeur et de la respiration, ou l'activité musculaire (électromyogrammes), ou toute combinaison de ces mesures.

3. Appareillage selon les revendications 1 et 2, caractérisé, outre l'emploi de capteurs classiques (capteur de température, sondes d'ECG et d1électro- myogrammes), en ce qu'il met en oeuvre un microphone électrodynamique miniature comme capteur sonore et un capteur de la pression existant dans une chambre gazeuse la transformant directement en un signal électrique.

4. Appareillage selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il utilise des capteurs auto-adhésifs séparés ou fixés sur des porte-capteurs formant une ceinture thoracique ou abdominale, un gilet ou un harnais, un bracelet ou un brassard, ou un ensemble de ces dispositifs.

5. Appareillage selon les revendications 1,2,3 et 4, caractérisé en ce qu'il com#porte un ou plusieurs brassards munis d'une chambre gazeuse à pression réglable muni du capteuryte pressior~énvue de mesurer la pression sanguine ou simplement inséré en vue d'agir sur le débit sanguin pour faciliter une analyse ou un diagnostic.

6. Appareillage selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte une électronique de type analogique, pouvant être alimentée par piles, permettant la détermination de quelques caractéristiques fondamentales des signaux fonctior/du temps recueillis (fréquences, amplitudes, intervalles de temps caractéristiques#, en les traduisant par une tension électrique continue ayant unqlsignification précise.

7. Appareillage selorjes revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte, outre l'électronique citée dans la revendication 6, un bloc microinformatique également alimenté sur piles, comprenant microprocesseur,

ROM et RAM, en vue de traitements plus élaborés du même type qu'en 6.

8. Appareillage selon les revendications 1,2,6 et 7 caractérisé en ce que les résultats sont mis sous forme numérique et lus directement sur afficheur à cristaux liquides.

9. Appareillage selon les revendications 1,2,6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte une imprimante permettant d'enregistrer des valeurs successives.

10. Appareillage selon les revendications 1,2, 6 et 7, caractérisé par une transformation des tensions électriques en signaux sonores d'amplitude ou de fréquence variable.

11. Appareillage selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les blocs électroniques et microinformatiques nécessaires sont fixés par sangle ou harnais sur le sujet pour des contrôles biomédicaux automatisés au cours d'activités physiques ou de toute autre nature entraînant un déplacement du sujet.

12. Appareillage selon les revendications 1 et 2 caractérisé par une transmission des résultats au fur et à mesure de leur obtention par câble ou par radio pour un recueil et une exploitation centralisés.

13. Appareillage selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les résultats sont stockés en RAM pour une analyse ultérieure.

14. Appareillage selonJes revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc permettant l'échantillonnage et la digitalisation des signaux fonction du temps fournis par les capteurs et amplifiés, les échantillons étant stockés en RAM, imprimés ou transmis par câble ou par radio.

15. Appareillage selon les revendications 1,2 et 14 comportant une électronique de restitution des signaux sous forme de cpurbes apparaissant sur un écran à cristaux liquides miniature pouvant être monté sur un bracelet.

16. Appareillage selon les revendications 1,2 et 14, caractérise en ce qu'il comporte un bloc microinformatique transformant les signaux échantillonnés par les transformations de Fourier, de Walsh, de Haar, S et SCOS avec stockage, impression, affichage sur écran à cristaux liquides ou transmis- sion par câble ou par radio.

17. Appareillage selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les commandes et les interconnexions à établir entre les divers blocs sont réalisées par un automate programmable.

18. Appareillage selon les revendications 1 et 2 caractérisé par une fiai- son5,directe ou radio avec un système de commande de l'appareillage et de traitement des résultats en vue du diagnostic.