La présente invention concerne un appareil de mesure de la fréquence cardiaque. Il s'utilise comme appareil de surveillance du rythme cardiaque, lors d'un exercice sportif, ou en vue d'études physiologiques relatives à la fréquence cardiaque (médecine du travail, médecine du sport, réadaptation cardiaque,...)
Les appareils de mesure de la fréquence cardiaque comportent deux électrodes de mesure et, éventuellement, une électrode de référence reliées par ces conducteurs électriques à un circuit de traitement. Ces électrodes sont disposées sur le corps du patient, généralement à hauteur du thorax.
Les électrodes généralement utilisées dans le domaine médical sont de type jetable et sont destinées à être fixées individuellement sur le corps à l'aide d'un matériau adhésif. Pour assurer un contact électrique correct, une solution ou un gel conducteur est interposé entre le corps et l'électrode. Ce type d'électrode est assez contraignant pour le patient.
On connaît également des appareils plus confortables qui se présentent sous la forme d'un bandeau ou d'une ceinture sur lequel sont fixées les électrodes. Ce bandeau comporte une partie élastique qui permet de maintenir les électrodes sur le corps du patient en assurant une certaine pression, et par conséquent un contact électrique satisfaisant.
Le document WO 88/09 146 décrit un appareil de ce second type. Le bandeau est muni sur une première face de deux électrodes, qui sont en contact électrique avec deux connecteurs disposés, en regard, sur l'autre face du bandeau. Des conducteurs électriques peuvent être raccordés à ces connecteurs pour transmettre les signaux captés par les électrodes à une unité de traitement, cette dernière pouvant par ailleurs être montée également sur le bandeau.
L'invention vise à améliorer ce type d'appareil de mesure de la fréquence cardiaque et, en particulier, à assurer une plus grande sécurité d'utilisation. Ce but est atteint par une construction conférant une plus grande étanchéité à l'appareil de mesure.
Plus précisément, l'invention a pour objet un appareil de mesure de la fréquence cardiaque comprenant au moins un couple d'électrodes de mesure pour détecter un signal cardiaque, un moyen de traitement des signaux électriques captés par les électrodes et des conducteurs électriques pour relier électriquement les électrodes au moyen de traitement, qui se caractérise en ce que les électrodes et le moyen de traitement sont montés sur un support mince et souple, l'ensemble étant enrobé dans un matériau souple surmoulé formant un bandeau.
Cette structure évite la présence de connecteurs sur le bandeau, donc le risque d'une corrosion ou d'un mauvais contact entre les électrodes et les conducteurs électriques.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels:
- la fig. 1 est une vue d'ensemble de l'appareil selon un mode de réalisation de l'invention
- la fig. 2a est une vue de dessous du bandeau de l'appareil avant surmoulage;
- la fig. 2b représente une variante de réalisation,
- la fig. 3 est une vue de côté du bandeau de l'appareil avant surmoulage, le boîtier surmoulé étant représenté en tiretés,
- la fig. 4 représente schématiquement un mode de réalisation du moyen de traitement de l'appareil selon l'invention,
- la fig. 5 représente une variante de réalisation du module d'exploitation du moyen de traitement de la fig. 4.
La fig. 1 illustre un mode de réalisation de l'appareil de mesure de la fréquence cardiaque selon l'invention. Cet appareil se compose d'un bandeau 2 sur la face avant duquel est monté un boîtier 4 contenant un moyen de traitement et, à proximité de chacune des deux extrémités, un rivet 6. Ceux-ci servent à fixer une ceinture élastique 8 à longueur réglable par l'intermédiaire de deux étriers 10. Le bandeau peut ainsi être fixé aisément sur le thorax du patient. Les électrodes de l'appareil sont disposées sur la face arrière (non visible sur la fig. 1) du bandeau.
On remarque que le boîtier 4 présente sur sa face avant un moyen d'affichage 100, un émetteur infra-rouge 102 pour transférer à distance des données délivrées par le moyen de traitement, et deux boutons de commande 104, 106 pour commander le fonctionnement de l'appareil, par exemple pour activer un mode test afin de vérifier si les signaux captés par les électrodes ont une amplitude suffisante pour être traités convenablement ou pour définir des seuils d'alarmes de fréquence cardiaque.
La structure du bandeau apparaît clairement sur les fig. 2a ou 2b et la fig. 3 qui illustrent respectivement les vues de la face arrière et une vue de côté du bandeau de la fig. 2a, avant que le matériau d'enrobage ne soit surmoulé.
Dans le mode de réalisation représenté aux fig. 2a et 3, l'appareil comporte 3 électrodes, soit deux électrodes 12, 14 pour la mesure d'une dérivation précordiale et une électrode de référence 16. Ces électrodes sont montées sur un support mince et souple, choisi de manière à présenter une bonne flexibilité, ainsi qu'une bonne résistance au déchirement et au pliage. Il peut être par exemple constitué d'une bande de mylard de quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur. Le support est formé de deux bandes 18, 20 reliées à une plaquette 22, par exemple de type circuit imprimé, supportant le moyen de traitement. Cette liaison est réalisée de manière à assurer un contact électrique adéquat entre les électrodes et le circuit de traitement. Le support peut bien entendu être formé d'une seule bande recevant les électrodes et la plaquette 22.
Les électrodes sont des rondelles (12, 14 et 16 fig. 2a) ou des bandes (12, 14 fig. 2b) en caoutchouc conducteur, par exemple du type NB 17 011-1 de la société Angst & Pfister. Elles présentent une résistivité d'environ 10 000 ohm.cm. Des électrodes de type éponge imbibées d'eau salée à 0,9% (solution isotonique) pourraient également être utilisées.
Lorsqu'elles ont la forme de rondelles, les électrodes sont reliées à des contacts électriques 24 de la plaquette 22 par des conducteurs électriques disposés sur le support 18, 20. Les conducteurs 26, 28 associés aux électrodes de mesure 12, 14 sont de préférence blindés pour éviter des perturbations dans les signaux électriques transmis au moyen de traitement. Dans ce cas, l'électrode de référence 16 est simplement reliée électriquement au blindage de l'un des conducteurs électriques.
De manière avantageuse, la face du support 18, 20 recevant les conducteurs électriques est adhésive de manière à assurer un maintien en position de ces conducteurs électriques. De plus, ceux-ci sont disposés avantageusement de manière à présenter des ondulations, afin de ne pas induire de tensions, notamment aux niveaux des soudures, lorsque le bandeau est plié.
Il convient de noter que l'électrode de référence n'est pas absolument nécessaire, mais qu'elle permet de traiter plus facilement les signaux de mesure. Elle pourrait être remplacée, ou complétée, par un filtre supplémentaire dans le moyen de traitement.
Il faut encore noter que, en médecine, la mesure de deux dérivations précordiales est de pratique courante. Dans ce cas, deux paires d'électrodes de mesure sont nécessaires et une électrode de référence est en outre généralement prévue.
On a représenté en traits tiretés sur la fig. 3 l'enrobage 29 qui est réalisé par surmoulage sur chaque face du bandeau. Ce surmoulage permet de rendre complètement étanche l'ensemble du bandeau. Les composants électroniques 30 (condensateur, circuit intégré) montés sur la plaquette 22 sont également enrobés. Par contre, les composants que l'on désire pouvoir remplacer, tels que la pile, ne seront de préférence pas enrobés. L'ensemble des composants de la plaquette 22 est protégé par un boîtier 32 vissé sur cette plaquette.
L'enrobage est réalisé de préférence par surmoulage à froid pour préserver les composants électroniques. Cet enrobage est constitué d'un matériau qui présente une bonne flexibilité et auquel la peau n'est pas allergique. A titre d'exemple, une résine silicone à deux composants telle que le produit RTV 585 de la société Rhône-Poulenc peut être utilisé. Ce matériau présente l'avantage d'être fluide au moment du surmoulage, ce qui facilite cette opération; il présente également une dureté appropriée (30 shores environ), une bonne résistance au déchirement (4 MPa environ) et peut être facilement coloré. Enfin, il est d'un contact et d'un confort agréables pour l'utilisateur.
L'enrobage conférant au bandeau une étanchéité parfaite, il peut être entièrement lavé ce qui constitue un avantage important du point de vue hygiénique.
Un mode de réalisation du moyen de traitement de l'appareil de mesure selon l'invention est représenté schématiquement sur la fig. 4. Il comporte un module de mise en forme 34 et un module d'exploitation 36.
Le module de mise en forme 34 comprend un amplificateur différentiel 38 ayant une entrée positive, une entrée négative et une entrée de référence pour recevoir les signaux de mesure et le signal de référence délivrés par les électrodes 12, 14 et 16, un filtre passe-bande 40 délivrant le signal d'électrocardiographie ECG et un moyen de calibrage 42 délivrant une impulsion calibrée pour chaque impulsion du signal précordiale.
Le module d'exploitation 36 se compose d'un moyen de calcul 44 de type microprocesseur et mémoire, d'un moyen d'affichage 46 de type cellule à cristal liquide et d'un moyen sonore 48 de type piézo-électrique. De manière classique, le moyen de calcul 44 reçoit en continu les signaux délivrés par le moyen de mise en forme 34, mesure l'intervalle de temps séparant les impulsions consécutives et affiche la fréquence cardiaque correspondante à l'aide du moyen d'affichage 46. Cette information peut également être transmise sous forme auditive par le moyen sonore 48. Le moyen de calcul est en outre avantageusement conçu pour commander l'émission d'un signal, visuel ou auditif, lorsque le signal ECG reçu du moyen de mise en forme présente une amplitude insuffisante pour suivre les pulsations cardiaques.
La fig. 5 illustre un second mode de réalisation du moyen d'exploitation, qui comporte ces moyens de transmission pour communiquer à distance les données relatives au rythme cardiaque et pour recevoir des signaux de commande. La transmission peut être de type radiofréquence 53 et le moyen d'exploitation comporte alors un transmetteur radiofréquence 50 destiné à communiquer avec un transmetteur radiofréquence 52 contenu par exemple dans une montre 54; elle peut également être de type infrarouge 59 et le moyen d'exploitation comporte alors un transmetteur infrarouge 56 destiné à communiquer avec un transmetteur infrarouge 58 commandé par un ordinateur 60.
La montre 54 constitue un moyen d'affichage et de commande particulièrement adaptée au sportif, alors que l'ordinateur 60 est utile au médecin pour stocker et analyser les données relatives à son patient. De manière connue, ces moyens de commande externes peuvent permettre de définir des valeurs minimale et maximale de fréquence cardiaque, le moyen de calcul délivrant un signal d'alarme, par exemple auditif, lorsque le signal de fréquence cardiaque mesuré présente une fréquence inférieure à cette fréquence minimale ou supérieure à cette fréquence maximale.
Le moyen d'exploitation comprend enfin un moyen de mémorisation 62 qui permet de mémoriser le signal reçu du moyen de mise en forme 34 (par exemple, sous la forme des intervalles de temps séparant les impulsions successives reçues). Il est alors possible, contrairement aux appareils de mesure connus qui, quelles que soient les conditions de transmission, transmettent directement à distance chaque impulsion reçue, de sauvegarder le signal de fréquence cardiaque dans le moyen d'exploitation et de ne retransmettre ces données que sur demande, lorsque cela est nécessaire et lorsque les conditions de transmission sont suffisamment bonnes.
The present invention relates to an apparatus for measuring heart rate. It is used as a heart rate monitoring device, during a sports exercise, or for physiological studies relating to the heart rate (occupational medicine, sports medicine, cardiac rehabilitation, ...)
Heart rate measuring devices include two measuring electrodes and, optionally, a reference electrode connected by these electrical conductors to a processing circuit. These electrodes are placed on the patient's body, generally at the level of the chest.
The electrodes generally used in the medical field are of the disposable type and are intended to be fixed individually to the body using an adhesive material. To ensure correct electrical contact, a conductive solution or gel is interposed between the body and the electrode. This type of electrode is quite restrictive for the patient.
There are also known more comfortable devices which are in the form of a band or a belt on which the electrodes are fixed. This strip has an elastic part which makes it possible to maintain the electrodes on the patient's body while ensuring a certain pressure, and consequently satisfactory electrical contact.
The document WO 88/09 146 describes an apparatus of this second type. The strip is provided on one side with two electrodes, which are in electrical contact with two connectors arranged, facing each other, on the other side of the strip. Electrical conductors can be connected to these connectors to transmit the signals picked up by the electrodes to a processing unit, the latter also being able to also be mounted on the strip.
The invention aims to improve this type of heart rate measuring device and, in particular, to ensure greater safety in use. This object is achieved by a construction which confers a greater seal on the measuring device.
More specifically, the subject of the invention is an apparatus for measuring the heart rate comprising at least a pair of measurement electrodes for detecting a cardiac signal, a means for processing the electrical signals picked up by the electrodes and electrical conductors for connecting electrically the electrodes to the treatment means, which is characterized in that the electrodes and the treatment means are mounted on a thin and flexible support, the whole being coated in a flexible overmolded material forming a strip.
This structure avoids the presence of connectors on the strip, therefore the risk of corrosion or poor contact between the electrodes and the electrical conductors.
The characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given by way of illustration but not limitation, with reference to the appended drawings, in which:
- fig. 1 is an overall view of the apparatus according to an embodiment of the invention
- fig. 2a is a bottom view of the strip of the device before overmolding;
- fig. 2b represents an alternative embodiment,
- fig. 3 is a side view of the strip of the device before overmolding, the overmolded casing being shown in dashed lines,
- fig. 4 schematically represents an embodiment of the processing means of the apparatus according to the invention,
- fig. 5 shows an alternative embodiment of the operating module of the processing means of FIG. 4.
Fig. 1 illustrates an embodiment of the heart rate measuring device according to the invention. This device consists of a strip 2 on the front face of which is mounted a housing 4 containing a processing means and, near each of the two ends, a rivet 6. These serve to fix an elastic belt 8 to length adjustable via two stirrups 10. The headband can thus be easily attached to the patient's chest. The electrodes of the device are arranged on the rear face (not visible in fig. 1) of the strip.
Note that the housing 4 has on its front face a display means 100, an infrared transmitter 102 for remotely transferring data delivered by the processing means, and two control buttons 104, 106 for controlling the operation of the device, for example to activate a test mode in order to check whether the signals picked up by the electrodes have a sufficient amplitude to be processed properly or to set heart rate alarm thresholds.
The structure of the strip is clearly shown in Figs. 2a or 2b and fig. 3 which respectively illustrate the views of the rear face and a side view of the strip of FIG. 2a, before the coating material is overmolded.
In the embodiment shown in FIGS. 2a and 3, the device comprises 3 electrodes, that is to say two electrodes 12, 14 for measuring a precordial bypass and a reference electrode 16. These electrodes are mounted on a thin and flexible support, chosen so as to have good flexibility, as well as good resistance to tearing and folding. It may for example consist of a strip of mylard a few tenths of a millimeter thick. The support is formed by two strips 18, 20 connected to a plate 22, for example of the printed circuit type, supporting the processing means. This connection is made so as to ensure adequate electrical contact between the electrodes and the treatment circuit. The support can of course be formed from a single strip receiving the electrodes and the plate 22.
The electrodes are washers (12, 14 and 16 fig. 2a) or strips (12, 14 fig. 2b) of conductive rubber, for example of the type NB 17 011-1 from the company Angst & Pfister. They have a resistivity of around 10,000 ohm.cm. Sponge-type electrodes soaked in 0.9% salt water (isotonic solution) could also be used.
When in the form of washers, the electrodes are connected to electrical contacts 24 of the plate 22 by electrical conductors arranged on the support 18, 20. The conductors 26, 28 associated with the measurement electrodes 12, 14 are preferably shielded to avoid disturbances in the electrical signals transmitted to the processing means. In this case, the reference electrode 16 is simply electrically connected to the shield of one of the electrical conductors.
Advantageously, the face of the support 18, 20 receiving the electrical conductors is adhesive so as to maintain these electrical conductors in position. In addition, these are advantageously arranged so as to have undulations, so as not to induce tensions, in particular at the welds, when the strip is folded.
It should be noted that the reference electrode is not absolutely necessary, but that it makes it easier to process the measurement signals. It could be replaced, or supplemented, by an additional filter in the processing means.
It should also be noted that, in medicine, the measurement of two precordial leads is common practice. In this case, two pairs of measuring electrodes are necessary and a reference electrode is also generally provided.
There is shown in dashed lines in FIG. 3 the coating 29 which is produced by overmolding on each face of the strip. This overmolding makes the entire strip completely watertight. The electronic components 30 (capacitor, integrated circuit) mounted on the wafer 22 are also coated. On the other hand, the components which it is desired to be able to replace, such as the battery, will preferably not be coated. All of the components of the wafer 22 are protected by a housing 32 screwed onto this wafer.
The coating is preferably carried out by cold overmolding to preserve the electronic components. This coating consists of a material which has good flexibility and to which the skin is not allergic. For example, a two-component silicone resin such as the product RTV 585 from the company Rhône-Poulenc can be used. This material has the advantage of being fluid at the time of overmolding, which facilitates this operation; it also has an appropriate hardness (around 30 shores), good tear resistance (around 4 MPa) and can be easily colored. Finally, it provides pleasant contact and comfort for the user.
The coating gives the strip a perfect seal, it can be completely washed which is an important advantage from a hygienic point of view.
An embodiment of the processing means of the measuring device according to the invention is shown diagrammatically in FIG. 4. It includes a shaping module 34 and an operating module 36.
The shaping module 34 comprises a differential amplifier 38 having a positive input, a negative input and a reference input for receiving the measurement signals and the reference signal supplied by the electrodes 12, 14 and 16, a pass filter. strip 40 delivering the ECG electrocardiography signal and a calibration means 42 delivering a calibrated pulse for each pulse of the precordial signal.
The operating module 36 is composed of a calculation means 44 of the microprocessor and memory type, of a display means 46 of the liquid crystal cell type and of a sound means 48 of the piezoelectric type. Conventionally, the calculation means 44 continuously receives the signals delivered by the shaping means 34, measures the time interval separating the consecutive pulses and displays the corresponding heart rate using the display means 46 This information can also be transmitted in auditory form by the sound means 48. The calculation means is further advantageously designed to control the emission of a signal, visual or auditory, when the ECG signal received from the shaping means. has insufficient amplitude to follow the heartbeat.
Fig. 5 illustrates a second embodiment of the operating means, which comprises these transmission means for remotely communicating the data relating to the heart rate and for receiving control signals. The transmission can be of the radiofrequency type 53 and the operating means then comprises a radiofrequency transmitter 50 intended to communicate with a radiofrequency transmitter 52 contained for example in a watch 54; it can also be of the infrared type 59 and the operating means then comprises an infrared transmitter 56 intended to communicate with an infrared transmitter 58 controlled by a computer 60.
The watch 54 constitutes a display and control means particularly suitable for athletes, while the computer 60 is useful for the doctor to store and analyze the data relating to his patient. In known manner, these external control means can make it possible to define minimum and maximum values of heart rate, the calculation means delivering an alarm signal, for example an auditory signal, when the measured heart rate signal has a frequency lower than this. minimum frequency or higher than this maximum frequency.
The operating means finally comprises a storage means 62 which makes it possible to store the signal received from the shaping means 34 (for example, in the form of time intervals separating the successive pulses received). It is then possible, unlike known measuring devices which, whatever the transmission conditions, transmit directly remotely each pulse received, to save the heart rate signal in the operating means and to retransmit this data only on request, when necessary and when transmission conditions are good enough.