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DISPOSITIF DE MESURE DE PARAMETRE D'UN ORGANISME
La présente invention a pour objet un dispositif pour mesurer au moins un paramètre critique d'un organisme, paramètre qui dans le cas du corps humain sera avantageusement utilisé par un médecin pour diagnostiquer une maladie, par exemple une maladie neurale.
Un dispositif comprenant un générateur d'un signal électrique et un moyen pour transférer ledit signal audit organisme pour traiter l'épilepsie est connu par le document WO 92/00119.
Ce dispositif, s'il permet le traitement de maladies, n'est pas à même de mesurer des paramètres critiques d'un organisme, en particulier du corps humain et donc ne permet pas au médecin de diagnostiquer la maladie dont souffre son patient et le traitement particulier qui doit être appliqué à son patient.
Le dispositif selon ce document comprend des appareils de mesure du signal envoyé à des électrodes placées sur la tête d'un patient épileptique.
Ce dispositif s'il permet un traitement ne permet pas au médecin de définir le traitement qu'il y a lieu d'appliquer et ne permet pas de modifier le traitement en fonction de l'état réel ou instantané du patient par exemple lors d'une crise que subit le patient.
La présente invention a pour objet un dispositif simple et peu coûteux permettant une mesure rapide de paramètres électriques reflétant
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une ou plusieurs mal-fonctions biochimiques affectant une ou plusieurs zones cervicales, ou du système nerveux en général, et ce de façon précise et inéquivoque.
Le dispositif suivant l'invention comprend un générateur d'un signal électrique, au moins un moyen pour transférer ledit signal audit organisme et au moins un moyen de réception d'un signal électrique formant la réponse dudit organisme au signal électrique émis. Les moyens de transfert et de réception peuvent être un seul jeu d'électrodes, ou un jeu multiple, ou encore un circuit de stimulation magnétique. En outre, il comprend un moyen de mesure d'un paramètre caractérisant le signal électrique reçu, le signal électrique émis présentant au moins une série d'impulsions positives d'une durée comprise entre 1 micro seconde et 1 seconde et d'une tension comprise entre 100 millivolts et 1000 volts.
De façon avantageuse, le moyen de mesure d'un paramètre du signal électrique reçu est un moyen de mesure de son intensité et/ou un moyen de mesure de sa tension et/ou un moyen de mesure de sa phase par rapport à la phase du signal émis et/ou un moyen de mesure d'impédances et/ou un moyen de mesure de l'énergie absorbée, ou tout autre paramètre calculé au départ de la tension et de l'intensité, leur temps de montée, leur déphasage, leur forme, etc...
Dans une forme de réalisation, le dispositif présente un élément pour assurer une fréquence variable ou non de répétition d'impulsions inférieure à 106 Hz, de préférence comprise entre 0,1 et 10.000 Hz. De façon avantageuse, cet élément comprend un moyen pour
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accroître la fréquence de répétition d'impulsions, par exemple d'au moins 1%, de préférence 10%, par exemple par incrément de 0,1 Hertz, ou de préférence de 1 Hertz, de manière à faire varier la fréquence par exemple d'un facteur 10, de préférence d'un facteur 100 par rapport à la fréquence d'une impulsion initiale.
Dans une forme de réalisation particulière, ledit élément comprend un système pour accroître la fréquence de répétition des impulsions depuis une fréquence inférieure à 1 Hz jusqu'à une fréquence supérieure ou égale à 1000 Hz.
Selon une autre forme de réalisation du dispositif, il comporte un moyen destiné à calculer la moyenne d'un paramètre mesuré pour une fréquence déterminée ou pour une gamme de fréquences, un moyen pour mémoriser cette moyenne et un moyen pour déterminer l'écart existant entre le paramètre mesuré pour ladite fréquence ou gamme de fréquences et la moyenne calculée. En pratique, l'énergie de l'onde négative correspond avantageusement à l'énergie de l'impulsion positive, de façon à ce que l'énergie totale soit sensiblement égale à zéro, et ce pour éviter des phénomènes d'électrolyse au niveau des électrodes.
Selon une autre forme de réalisation du dispositif, il comporte également un générateur d'impulsions électriques négatives, lesdites impulsions négatives étant émises entre deux impulsions positives et ayant en valeur absolue une tension inférieure ou égale à la tension de l'impulsion positive précédant ou suivant l'impulsion négative. Avantageusement, ce générateur d'impulsions négatives est relié à un
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moyen de mesure de l'énergie fournie par une impulsion positive et comporte un moyen pour limiter en valeur absolue l'énergie de l'impulsion négative suivant ladite impulsion positive à une valeur sensiblement égale à l'énergie de ladite impulsion positive.
Selon une particularité de cette forme, le générateur d'impulsions négatives est relié à un moyen de mesure de l'énergie absorbé par une impulsion positive et comporte un moyen pour limiter en valeur absolue l'énergie absorbée par l'impulsion négative suivant ladite impulsion positive à une valeur sensiblement égale à l'énergie absorbée de ladite impulsion positive.
Dans une dernière forme de réalisation pour laquelle le dispositif est avantageusement associé à un organe, le dispositif comprend un moyen recevant un signal du moyen de mesure d'un paramètre et émettant un signal destiné à commander un organe pour le traitement d'un organisme, par exemple, au moyen d'impulsions électriques.
D'autres particularités et détails de l'invention ressortiront de la description détaillée suivante d'un dispositif suivant l'invention dans laquelle il est fait référence à la figure unique 1 ci-annexée qui représente une forme de réalisation d'un dispositif suivant l'invention.
Le dispositif représenté de façon schématique à la figure 1 comprend un générateur 1 d'un signal électrique par exemple de forme carrée, une électrode 2a pour transférer ce signal électrique à la tête d'un patient, une électrode 2b placée du côté opposé de la tête pour recevoir un signal électrique correspondant à la réponse de
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l'organisme ou signal électrique émis et un moyen de mesure 4 d'un ou de paramètres caractérisant le signal électrique reçu.
Le générateur de signaux électriques 1 comprend un élément 3 destiné à assurer une fréquence de répétition variable des impulsions, cet élément 3 comprenant un moyen pour accroître de façon progressive la fréquence de réptition des impulsions carrées par incrément de 0,1 Hertz et pour répéter de façon répétitive un ensemble ou suite de signaux dont la fréquence passe de x HZ à 100 x Hz, où x est avantageusement 0,1 Hertz. Cet élément 3 peut éventuellement être associé à des boutons de réglage manuel pour permettre au médecin d'étudier la réponse de son patient pour des fréquences déterminées.
L'élément 2 agit sur un moyen 5 générant un signal carré de fréquence déterminé qui est envoyé vers un moyen 6 de traitement du signal recevant des informations d'un moyen 7 définissant l'amplitude maximale du signal carré, l'amplitude minimale étant nulle, et d'un moyen 9 définissant un temps t pendant lequel le signal reste à sa valeur maximale lors d'une impulsion. Il va de soi que ce temps t est inférieur à la période du signal sortant du générateur 5 et est de préférence inférieur à 0,5 x ladite période P.
Un intégrateur 8 recevant des informations quant à la durée du signal maximal du moyen 7 et quant à l'amplitude du signal du moyen de traitement 6 permet d'évaluer l'énergie de chaque impulsion du signal.
Un différentiateur 10 relié au générateur 5 et au moyen 9 pour définir le temps t pendant lequel le signal reste à son niveau maximum
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calcule la différence entre la période et le temps t, c'est-à-dire la partie de la période pour laquelle l'amplitude du signal est nulle.
Ce différentiateur 10 et l'intégrateur 8 envoient des signaux vers un diviseur 11 pour déterminer l'amplitude que doit avoir un signal négatif émis pendant la partie de la période où le signal sortant du moyen 6 est nul pour compenser l'effet du signal positif sur l'organisme. En particulier l'énergie due au signal négatif émis pendant ladite partie de la période, c'est-à-dire période P-t, correspond en valeur absolue à l'énergie due au signal positif émis pendant le temps t.
Ce diviseur 11 commande l'amplitude du signal négatif émis par le générateur 12, ce dernier étant relié au générateur d'impulsions 5, au différentiateur 10 et au moyen 9 pour définir le temps t pour ne permettre que la sortie d'un signal que lorsque l'amplitude du signal sortant du moyen de traitement 6 est nulle ou minimale.
Les signaux sortant du moyen de traitement 6 et du générateur 12 sont combinés par un moyen 13 permettant d'obtenir un signal de sortie dont l'amplitude correspond à la somme des amplitudes des signaux provenant du moyen de traitement 6 et du générateur 12. La forme de l'amplitude des signaux sortant du moyen 6, du générateur 12 et du moyen 13 combinant les signaux du moyen 6 et générateur 12 est indiquée sur la figure 1 respectivement aux références A, B et C, pour lesquelles le niveau d'amplitude zéro est indiqué en traits interrompus.
Le signal sortant du moyen 13 est envoyé à l'électrode 2. De façon avantageuse, un moyen de
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mesure 14 du signal émis permet de déterminer par rapport à une référence 15 ou à un niveau de base des paramètres tels que intensité, tension, phase, énergie positive transmise.
Une électrode 2b permet de détecter la réponse du patient au signal électrique émis. Cette électrode mesure un signal électrique appelé ci-après signal reçu. Après amplification éventuelle du signal, le moyen de mesure 4 mesure par rapport à une référence, avantageusement la référence 15 utilisée pour le moyen de mesure 14, des paramètres tels que intensité, voltage, phase, inpédances, énergie. Ce moyen de mesure 4 est avantageusement relié au générateur 5 pour effectuer une mesure par période, par exemple, intensité maximale, voltage maximal ou énergie reçue sur une période.
Ce moyen de mesure 4 envoie des informations quant au signal reçu vers un compteur 16 du nombre de mesures effectuées qui transfère ces informations vers un différentiateur 17 destiné à mesurer la différence de phase, la différence d'intensité, de tension ou l'énergie absorbée due au passage du signal par la tête du patient.
Le compteur 16 qui mesure le nombre n de mesures effectuées commande une porte 18. Tant que le nombre n de mesures est inférieur à 100, la porte 18 est ouverte de manière à envoyer les informations vers un moyen 19 déterminant la valeur moyenne des paramètres. Ce moyen comprend une mémoire qui est incrémentée chaque fois qu'une information est envoyée vers le calculateur de moyenne. Dans ce calculateur m devient m + 1 tandis que la valeur de la moyenne devient (m x n +An+l)/m+',
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lm où n est la valeur moyenne pour m mesures ème A i est la n+lème mesure de différence de paramètre m+1 est le nombre de mesures pour le calcul de la moyenne.
Lorsque le nombre n de mesure est supérieur à 100, la porte 18 est fermée de manière à transférer les informations vers un comparateur 20 déterminant l'écart en % de la nème mesure (A) par rapport à la moyenne de m mesures clest-à-dire
Ce comparateur 20 commande une porte 21 si l'écart en % est inférieur en valeur absolue à un pourcentage déterminé, par exemple 25%, voire 10%, de manière à autoriser dans ce cas le passage ème de la n mesure vers le calculateur 19 pour affiner la valeur moyenne
Le comparateur 20 envoie un signal correspondant à l'écart mesuré ( - /4) vers un organe de traitement 22 et vers un dispositif 23 de représentation de l'écart (# - #/#) et de la valeur moyenne en fonction du temps,
c'est-à-dire pour les différentes fréquences et/ou amplitudes du signal émis. Il va de soi que les différents paramètres du signal émis et du signal reçu peuvent également être repris sur le graphe ou sur l'écran pour la sortie des informations par le dispositif 23.
Enfin, de façon avantageuse, l'électrode de mesure 4 détermine pour chaque période l'énergie positive absorbée et l'énergie négative absorbée, ces énergies étant comparées respectivement à l'énergie positive émise et à l'énergie négative émise dans le différentiateur 17. Ces valeurs et différences entre les énergies positive et négative
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émises et les énergies positive et négative reçues sont envoyées vers le générateur d'impulsions négatives 12 de manière à modifier l'amplitude de l'impulsion négative déterminée à partir du diviseur 11. Cette modification est par exemple déterminée de la manière suivante :
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A x fonction (E../E.
E'../E*) émise reçue émise reçue où émise et E+ sont respectivement pour la émise reçue'' période précédente l'énergie du signal positif émis et l'énergie du signal reçu du à ce signal positif émis,
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E et E sont pour la période précédente émise reçue respectivement l'énergie du signal négatif émis de l'énergie du signal reçu en réponse à ce signal négatif émis, et
A- est l'amplitude du signal négatif à émettre calculée à partir du diviseur.
Dans un cas particulier, l'amplitude du signal négatif sortant du générateur est égale à
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11 est possioie ae reailser une torme simplifiée de ce circuit en utilisant un système où les électrodes de passage de l'impulsion de mesure sont connectées à un dispositif de mesure du courant et de la tension séparée par une isolation galvanique. De même) la logique générant les impulsions et/ou les circuits de mesure peuvent
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être réalisées en utilisant des microprocesseurs dédicacés ou non.
Ce dispositif est peu coûteux en investissement, comparé aux techniques actuelles d'analyse neurale, telles que la"caméra Positron", le NRM ou l'EMG, et est ainsi accessible à des centres hospitaliers régionaux ou, encore dans des polycliniques.
De plus, ces moyens connus, tels que l'EMG, s'ils permettent d'obtenir un résultat similaire au dispositif suivant l'invention en utilisant des équipement complexes, mesurent une corrélation à partir des ondes émises, et non absorbées. Les mesures obtenus par ces moyens connus sont donc plus sensibles à des artefacts dus, par exemple, à des mouvements etc.
Le dispositif suivant l'invention permet la mesure de paramètres en un temps très court et les résultats peuvent être consultés par un médecin traitant, sur place, avantageusement en utilisant un ordinateur ou encore être transmis au domicile du médecin par une ligne téléphonique, de manière à permettre à ce dernier d'effectuer le diagnostic nécessaire en son cabinet.
Le dispositif est utilisable pour mesurer des paramètres permettant à un médecin de diagnostiquer des problèmes neuraux non cervicaux, par exemple dans les cas de lésions de la moelle, ou de dégénération d'extrémités nerveuses. Dans ce cas, il peut être avantageux d'utiliser des points de mesures multiples, afin de déterminer la vitesse de transmission le long des fibres nerveuses, qui est souvent plus représentative de désordres locaux.
Ce dispositif permet également à un
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médecin de définir un traitement électro-thérapeutique approprié, en définissant les paramètres critiques pour chaque patient, correspondant à des zones cervicales, cortex ou autres, présentant un problème métabolique ou génétique.
Le dispositif dans une forme de réalisation identifie les paramètres idéaux pour l'utilisation d'un appareil à but thérapeutique, comme celui décrit dans l'application PCT/BE91/00043 ou similaire.
La présente invention pouvant être réalisable sous une forme compacte et portable, permet une utilisation non seulement hospitalière, mais aussi ambulatoire, et un monitoring soit court, soit long, ceci permettant de répondre à tous les cas d'applications.
Le signal électrique qui peut être utilisé dans le dispositif est une onde de forme définie, sous la forme d'une impulsion positive, de courte durée, par exemple, de l'ordre de 1 microseconde jusque 1 seconde, et d'une tension réelle de 100 millivolt au moins et de 1000 volts au plus. Ce signal est envoyé sur une électrode fixée sur la partie primaire à examiner, par exemple sur le front du patient, le retour se faisant par une ou plusieurs électrodes similaires fixées en regard de l'électrode primaire, par exemple sur l'occiput.
Au lieu d'électrodes, un circuit magnétique de forme appropriée peut être utilisé.
Un tel circuit présente l'avantage de ne pas nécessiter une connexion directe avec le patient, mais l'inconvénient d'une moindre sensibilité, spécialement dans des bandes de fréquences déterminées, par exemple aux fréquences
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correspondant à la distribution électrique (50 Hz).
Les tensions et courants utilisés sont adaptés, par exemple par un médecin, pour éviter des effets secondaires.
Par exemple, dans le cas d'un examen du cerveau, la tension de crête peut-être de l'ordre de 5 à 200 volts, avec une intensité limitée à 20
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milliampères par centimètre-carré de surface d'électrode, et une durée, d'impulsion de 0, 1 milli- seconde ou de 1 à 10 milli-secondes.
De plus, une seconde impulsion négative suit, en particulier, dans le cas d'un dispositif utilisant des électrodes de contact, d'une valeur de tension égale ou inférieure à la première, mais dont l'énergie est telle que la somme des deux impulsions soit nulle. Ceci permet d'éviter des phénomènes locaux d'ionisation ou d'électrolyse.
D'une manière générale, cette simpulsion négative aura en valeur absolue une tension comprise à 1-100 fois inférieure à la tension de l'impulsion positive. Ceci permet une mesure adéquate des paramètres et donc permet au médecin d'effectuer un meilleur diagnostic de l'état de son patient et des remèdes ou traitements à utiliser.
Le dispositif, de façon avantageuse, émet de façon répétée des séries d'impulsions dont la fréquence varie entre de 0 à 1.000. 000 Hertz ou moins, mais s'accroît d'un incrément variable ou continu.
D'une manière pratique, la gamme des fréquences d'une série peut être limitée entre 0,1 à 1000 Hertz, cette gamme correspondant aux fréquences observées dans les systèmes biologiques. Des observations récentes indiquent que la fréquence maximale est avantageusement égale à
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100, voire 200 KHz., pour tenir compte de phénomènes transitoires correspondants à des réactions physiologiques non-identifiées à ce jour.
Les mesures du signal reçu effectuées par le dispositif sont avantageusement exprimées en fonction de la fréquence, de manière à permettre à un médecin de diagnostiquer des maladies neurales ou autres et la gravité de celles-ci sur base des constatations suivantes :
Une impulsion positive de courte durée permet d'éviter une atténuation de transmission par exemple au niveau du cuir chevelu et de la
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boîte crânienne ; Les valeurs par exemple d'impédances varient suivant les désordres neuraux des patients considérés, comme démontré en cours d'expérimentation clinique dans le cas de l'épilepsie.
La cause de cette variation n'est pas connue à ce jour, mais est probablement liée à des propriétés des cellules ou de leurs membranes, neurales ou autres, en fonction de leur propriétés électriques caractéristiques et de leur état au moment de l'examen.
Il faut toutefois noter que la masse cérébrale présente des différences notables de dimensions au niveau du diamètre ou de la longueur des axions des sous populations neurales, ce qui pourrait expliquer leur comportement différent en fonction d'une fréquence variable.
En outre, il a été observé que durant la phase initiale d'une crise typique, et pour autant que la fréquence envoyée soit en correspondance à la fréquence correspondant à
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la maladie ou déficience profonde du patient, on peut noter une augmentation brutale du courant absorbé, qui correspond cliniquement au"départ"de la crise, qui avorte avec un retour de l'intensité du courant à une valeur moyenne normale.
Ces mesures correspondent à des fréquences discrètes, sélectionnées par essais permettant au médecin de définir les paramètres idéaux à utiliser dans un appareil d'électrothérapie pour obtenir les signes cliniques d'amélioration.
Compte tenu de l'influence des électrodes de mesure, le dispositif compare de préférence les valeurs obtenues à une valeur de référence obtenue sur le patient lui-même, cette approche éliminant des artefacts possibles liés à l'usage de certains médicaments modifiant la conductibilité par accroissement des tissus conjonctifs ou autres, ou encore à des conditions psychologiques propres au patient.
D'une manière générale l'exemple suivant illustre une possibilité d'application :
L'impulsion primaire est définie par une tension de + 5 Volts, et une durée de 10 microseconde, et l'impulsion secondaire par une valeur de-500 millivolts, et une durée de 100 microseconde. La fréquence de répétition varie de 0,1 jusque 1000 Hertz (cycle par seconde) et les paramètres électriques considérés sont la tension observée ainsi que le courant, et ce en fonction du temps.
Les fréquences de répétition de 0 jusque 100 Hz environ reflétant l'activité basale, et moins dépendantes de l'état ou de l'activité
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physique du patient, seront considérées dans cet exemple.
En utilisant des électrodes de mesures non polarisables, de section suffisante pour éviter que la densité de courant n'excède la valeur de 1 2 milliampère/cm2, on a pu constater que l'impédance moyenne d'un sujet normal est de l'ordre de 500 Ohms ; cette impédance apparente étant la valeur de la résistance observée au moment de la valeur la plus élevée de la tension.
Cette valeur, par exemple pour des patients présentant des symptômes d'épilepsie bien que variant dans des proportions importantes de patient à patient, voire de jour à jour, sera nettement plus élevée pour des fréquences de 1,5 et/ou 28 Hz., ou encore autres suivant les déficiences spécifiques reflétées par leur état clinique.
Dans une autre forme, le dispositif permet l'ajustement automatique des paramètres spécifiques aux patients, dans le cas par exemple, ou plusieurs foyers diffus d'épilepsie co-existent.
D'une manière plus quantitative, l'approche permet de suivre l'évolution des patients et l'adaptation des conditions de traitement suivant les résultats obtenus. Dans ce cas, la valeur moyenne des résultats est avantageusement comparée à un profil"normal"type, et les écarts sont comparés à l'écart type maximal observé chez des sujets normaux. Toute déviation supérieure sera considérée comme anormale, et permettra au médecin d'émettre un diagnostic.