EP2383179A1 - Détecteur de bulles pour alerte précoce du risque d'accident de décompression - Google Patents
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- EP2383179A1 EP2383179A1 EP11003435A EP11003435A EP2383179A1 EP 2383179 A1 EP2383179 A1 EP 2383179A1 EP 11003435 A EP11003435 A EP 11003435A EP 11003435 A EP11003435 A EP 11003435A EP 2383179 A1 EP2383179 A1 EP 2383179A1
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
- B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
- B63C11/02—Divers' equipment
- B63C11/32—Decompression arrangements; Exercise equipment
Definitions
- the invention relates to gas measuring devices in the blood of divers and the methods using these devices to control their ascent to avoid decompression sickness.
- a first problem is that the decompression tables, despite the security taken, can not be customized, depending on the situation of an individual at a given time. There is still a small number of decompression accidents although the diver has respected the levels provided by the tables.
- a second problem is the difficulty of validating decompression tables in the new operational conditions encountered by professional divers, civil or military, who have to dive deeper and deeper, with new gas mixtures. Typically, there are no validated tables for autonomous scuba dives between 80m and 100m.
- Doppler means for detecting bubbles associated with measurements of velocity or pressure in blood vessels using ultrasonic transmitters and receivers installed on the skin are described in the patent application.
- the French patent indicates how to filter the frequencies between 800Khz and 5Mhz to detect the gas bubbles in the middle of the noises related to the blood circulation. Apparatuses of this type are used for medical studies on divers after their dive.
- the patent WO 2009/090529 takes a sensor of this type, linked to a computer and a hydrostatic pressure measurement to compare the level of bubbles measured at a critical threshold and thus notify the diver whether to extend a decompression stop or limit its ascent rate.
- the basic device set up can be sophisticated by taking into account the history of the dive and the diver's own data to help him plan his dive and customize the decompression profiles.
- the objective of the invention is therefore to obtain an alert as early as possible to be sure to identify the phenomenon of appearance of bubbles in its infancy and not when installed so that it can have physiological consequences.
- the invention essentially relates to an underwater diving safety device comprising a sensor capable of detecting the gas bubbles in the plunger's blood, means for fixing and functional coupling of the sensor to the body of the plunger, a computer with a means of connection to said sensor capable of providing a signal if the detected bubble level exceeds a required level, characterized in that it comprises a cardiac electrical pulse sensor with a means of connection to the laptop, said computer having means for synchronizing the sensors, a cutting means of the cardiac cycle at sub-time intervals from the pulses measured by the bubble sensor and means for integrating the sensor measurements over these sub-time intervals to provide a bubble rate per cardiac cycle.
- a second objective of the invention is to control the ascent of a plunger by minimizing decompression stop times with maximum safety.
- the preceding device further comprises a hydrostatic pressure sensor connected to the computer, a calculation module able to supply the data of the hydrostatic pressure sensor on the basis of common time, a calculation module able to exploit this signal and the one giving the bubble rate by cardiac cycles to provide a diving history and a calculation module able to use these data to determine the diver's ascent profile
- Bubble detection is already used in medical studies of divers. To characterize the gaseous state in the blood, it is convenient to classify the measurement results in 5 levels (Spencer score): no bubbles, isolated or spaced bubbles, bubbles every 2-3 heart cycles, bubbles at each cycle cardiac, continuous flow of bubbles covering the sounds of the heart. The risk of decompression sickness has been correlated to these levels by studies under different operational conditions for the diver.
- the effect of the invention is to measure the level of bubbles at a point in the body and at a time when the pressure is minimal.
- the pressure is lower on the right side of the heart, venous return but, above all, the device can measure the bubble level on a short time, during the protodiastole, when the pressure is the lowest , without integrating the result on the whole cardiac cycle.
- the pressure during diastole is significantly lower than during systole.
- This difference in pressure which is 18 mmHg, does not seem huge but is favorable for a phase change. In particular, if we use this signal on a Spencer scale, we will reach a higher score faster, which makes the alert earlier.
- the precision of the observation of the phenomenon by the device makes it possible to control the decompression in a fine and adapted manner to each.
- the document FR 76 34550 shows that the frequencies of the noise emitted by the core being at most of the order of 500KHz, the use of Doppler instruments emitting in a frequency range between 2.5 MHz and 3.5 MHz makes it possible to easily perform a filtering the physiological sounds to obtain the bubble detection signal.
- the figure 1 shows a strap (1) surrounding the thorax, clamped with a known clamping means to hold it in position once installed and which plates an ultrasonic bubble sensor (2) against the plunger's chest.
- the strap has an elastic portion to maintain its position by accompanying the movements of the rib cage.
- the sensor is positioned preferably between the 2 nd and 3 rd ribs just left of the sternum to perform the measurement on the venous return at the level of the atrium and the right ventricle of the heart. If the diver uses a dry dive suit, he moistens the face of the sensor that will be pressed against his body.
- the Doppler sensor operates at a frequency between 2 and 8 MHz and is equipped with an electromagnetic emission means. (6) allowing him to send his results to a laptop computer (3).
- Such equipment exists, we can use for example a sensor supplied by the brand Sonicaid TM.
- the invention also comprises a sensor (4) capable of perceiving the electromagnetic pulses of the heart.
- a sensor (4) capable of perceiving the electromagnetic pulses of the heart.
- This is known manner of electrical sensors comprising at least two electrodes which must be pressed against the body at the heart.
- UWATEC TM polar T 31 sensor can be used. It is possible to integrate this heart pulse sensor (4) and the ultrasonic bubble sensor (2) in the same belt to obtain a compact assembly, easy to install on the chest of the diver.
- This sensor is also equipped with an electromagnetic transmitter for sending its results (6b).
- the laptop can be advantageously attached to the wrist of the diver with its information display screen. It is itself equipped with a receiver (7) for receiving the signal emitters (6) and (6b) sensors. These transmitters and the receiver of the portable computer form wireless link means (61) and 61b) between it and the sensors (2) and (4).
- the computer utilizes the measurements and to continuously provide the maximum bubble level observed during heart cycles by following the four steps described below.
- the first step is performed by a synchronization module (13) capable of providing a synchronization signal which enables the calculation modules processing the following steps to have the same time base.
- a second step is performed by a calculation module (12) able to determine the time interval at each cardiac cycle during which the measurement of the bubble sensor will be used to define the level at which one is placed and triggers an alert by identifying this interval relative to the time base provided by the synchronization module (13).
- This time interval is determined to optimize the detection by integrating the signal of the sensor only in the time zone where it is maximum, that is to say when the blood pressure is minimum, as described below.
- ECG electrocardiogram
- the set of three waves, Q, R and S corresponds to an electrical activity of the ventricles before the contraction. Its complex shape reflects the unequal size of the ventricles and their different electrical characteristics. This set precedes contraction of the ventricles and has an average duration of 0.08s
- the T wave is caused by the activity of the ventricles before loosening (diastole).
- the T wave is longer and of smaller amplitude than the Q, R and S waves.
- Intracardiac pressure increases during the contraction phase (systole) of the atria (PR interval) and the ventricles (QT interval). It goes down again during the diastole, between the T wave and the P wave. It is in fact during protodiastole, a short phase following the T wave during which the ventricles relax, that the intracardiac pressure is the lowest and that the genesis of bubbles is most likely.
- the TP interval corresponding to the protodiastole is less than the complete relaxation period, which itself corresponds to half the duration of the cardiac revolution.
- the calculation module (12) will target this interval TP to integrate the measurements and it will select the time interval preceding P over a period of between 30% and 40% of the total time of the cardiac revolution. Assuming that the heart beats at 75 beats per minute, the duration of the cardiac revolution will be 0.8s, so the duration of the measurement before P will be about 0.3s.
- a third step is performed by a processing module (11) adapted to transform the signal from the ultrasonic bubble sensor (2) into a sampled signal on the time base provided by the synchronization module (13).
- the fastest bubble transit time of about 0.01s imposes a minimum sample rate on the sensor to not eliminate these bubbles during measurement.
- this sampling frequency will be greater than 100 Hz.
- Steps 2 and 3 are performed in parallel and the resulting signals are processed by a fourth step.
- This step is performed by a calculation module (14) able to integrate the signal coming from the module (11) over the time interval provided by the module (12).
- This integration provides a signal proportional to the number of bubbles during the period when it reaches a maximum at each cardiac cycle. Given the transit time of the bubble (10 micro seconds), this module must do an integration calculation to define the bubble level.
- a method based on the detection of harmonics for example that named “Empirical Mode Decomposition” described by Chapell & Payne (2005) ).
- the signal thus processed to measure the bubble level will also be placed on a Spencer scale to provide a more easily interpretable result for alerting at the very beginning of the occurrence of the phenomenon in the body of the diver.
- the device comprises a hydrostatic pressure sensor (5) which provides the laptop (4) with the depth to which the plunger is located.
- a hydrostatic pressure sensor (5) which provides the laptop (4) with the depth to which the plunger is located.
- the portable computer (4) then provides instructions on the ascending speed of the diver taking into account an early alarm of decompression sickness, by following three steps following the preceding method.
- a first step is performed by a module (15) adapted to transform the signal of the hydrostatic pressure sensor (5) and the signal supplied by the synchronization module (13) to a depth on the common time base.
- a second step is performed by a module (16) able to combine the pressure signal supplied by the module (15) and the bubble level signal supplied by the module (14) to build a diving profile consisting of a history of the depths reached with the observed bubble levels.
- a third step is performed by a calculation module (17) capable of comparing at each moment the dive profile given by the module (16) with tables and prior calculations resulting from the existing studies on the decompression of the divers provided by a, memory module (18). The result of this comparison is translated into instructions at diver who may be an alarm to stop the ascent, an authorization to resume the ascent or more complex instructions on the upcoming dive profile.
- the calculation modules (1b) and (17) can be physically integrated.
- the device will also comprise a flowmeter on the breathing apparatus.
- This device will be coupled to the computer which will also include an interface module by which the diver can indicate the type of gas mixture used and other data specific to the current dive.
- a sensor measuring the CO2 expired by the plunger will also be advantageously integrated into the device. These data will be used by the calculation module (17) which exploits the bubble levels to provide instructions to the plunger.
- CO2 makes it possible to obtain the volume of saturation of inert gas by subtraction with oxygen.
- the CO2 level which is a gas of catabolism, is an index of pulmonary exchange, therefore the risk of pulmonary edema.
- the device will continue to operate at least one hour after leaving the water. Indeed, the bubbles are more numerous 30 minutes after the release of the water, even if they are detectable before.
- the device can therefore be used to prevent the occurrence of decompression sickness after diving in critical cases. This use can also make it possible to modify the rising profiles for subsequent dives in order to limit the level of bubbles in the moments that follow it.
- a module capable of exploiting data such as the name of the diver and comparing the history of the current dive with those of previous dives will provide suitable dive profiles for the diver.
- the calculation module can define a correlation between the appearance of the bullar phenomenon of the user and his dive profiles. He can then prevent the appearance of bubbles to define a "rise” speed of comfort minimizing the appearance of bubbles.
- Such a device can also be used in a decompression chamber for the treatment of diving accidents or studies.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
- L'invention concerne les dispositifs de mesure de gaz dans le sang des plongeurs et les procédés exploitant ces dispositifs pour piloter leur remontée afin d'éviter les accidents de décompression.
- Lors de la remontée, la diminution de la pression hydrostatique entraîne un changement de phase des gaz dissous dans le sang lorsque le plongeur était en profondeur. Les bulles qui se forment alors, si elles sont trop nombreuses, peuvent provoquer un accident de décompression sous la forme d'une embolie pulmonaire ou d'une coagulopathie. Le danger de ces accidents graves, qui peuvent être mortels ou entraîner des handicaps très importants, sont bien connus des plongeurs qui appliquent des paliers de décompression selon des tables qui sont calculées en fonction des profondeurs atteintes et des mélanges gazeux utilisés pour respirer afin de permettre à la pression partielle des gaz dissous de se rééquilibrer dans le sang au cours de la remontée.
- Un premier problème est que les tables de décompression, malgré les sécurités prises, ne peuvent être personnalisées, en fonction de la situation d'un individu à un moment donné. On observe toujours un faible nombre d'accidents de décompression bien que le plongeur ait respecté les paliers fournis par les tables.
- Un deuxième problème est la difficulté de valider des tables de décompression dans les nouvelles conditions opérationnelles rencontrées par les plongeurs professionnels, civils ou militaires, qui doivent plonger de plus en plus profond, avec de nouveaux mélanges gazeux. Typiquement, il n'y a pas de tables validées pour des plongées en scaphandre autonomes entre 80m et 100m.
- Il est connu de l'homme du métier que la détection de bulles dans les veines de la région du coeur, au moyen de systèmes Doppler, fournit une bonne indication du stress physiologique lié à la décompression et donc peut être utilisé pour améliorer les procédures de décompression afin de réduire le risque d'accident.
- Des moyens Doppler de détection de bulles associée à des mesures de vitesse ou de pression dans des vaisseaux sanguins grâce à des émetteurs et des récepteurs ultrasoniques installés sur la peau sont décrits dans la demande de brevet
FR 76 34550 US 6,261,233 . En particulier le brevet français indique comment filtrer les fréquences entre 800Khz et 5Mhz pour détecter les bulles de gaz au milieu des bruits liés à la circulation sanguine. Des appareillages de ce type sont utilisés pour les études médicales sur les plongeurs après leur plongée. - Le brevet
WO 2009/090529 reprend un capteur de ce type, lié à un calculateur et une mesure de la pression hydrostatique pour comparer le niveau de bulles mesuré à un seuil critique et ainsi avertir le plongeur s'il doit prolonger un palier de décompression ou limiter sa vitesse de remontée. Le dispositif de base ainsi mis en place peut être sophistiqué en prenant en compte l'historique de la plongée et les données propres au plongeur pour l'aider à programmer sa plongée et personnaliser les profils de décompression. - Il faut cependant tenir compte du fait que la pression sanguine n'est pas uniforme, que ce soit au cours d'un cycle cardiaque ou suivant la localisation. Des bulles ne présentant pas de risques graves de thrombose en un endroit peuvent correspondre à une production plus importante en d'autres endroits du corps.
- On observe donc toujours des risques d'accidents même en intégrant la mesure des niveaux de bulles dans le sang du plongeur pour corriger les tables de décompression. Cela oblige donc à prendre des marges, et à imposer des durées de paliers de décompression inutilement longs ou des vitesses de remontée trop faibles, car l'information sur la possibilité d'apparition des bulles dans le sang intervient trop tardivement par rapport au phénomène.
- L'objectif de l'invention est donc d'obtenir une alerte la plus précoce possible pour être sûr d'identifier le phénomène d'apparition de bulles à ses tous débuts et non lorsqu'il est installé de tel sorte qu'il puisse avoir des conséquences physiologiques.
- A cet effet, l'invention concerne essentiellement un dispositif de sécurité de plongée sous-marine comprenant un capteur apte à détecter les bulles de gaz dans le sang du plongeur, des moyens de fixations et de couplage fonctionnel du capteur au corps du plongeur, un ordinateur avec un moyen de liaison au dit capteur capable de fournir un signal si le niveau de bulle détecté dépasse un niveau requis, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur d'impulsions électriques cardiaques avec un moyen de liaison à l'ordinateur portable, le dit ordinateur disposant d'un moyen de synchronisation des capteurs, d'un moyen de découpage du cycle cardiaque en sous intervalles de temps à partir des impulsions mesurée par le capteur de bulles et d'un moyen d'intégration des mesures du capteur sur ces sous intervalles de temps pour fournir un taux de bulles par cycles cardiaques.
- Ce dispositif détecte bulles mis en oeuvre selon un procédé comportant les quatre étapes suivantes :
- une première étape de fourniture d'un signal de synchronisation donnant une base de temps de référence;
- une deuxième étape de fourniture d'un signal repérant le début et la fin d'un intervalle de temps déterminé à chaque cycle cardiaque sur la base de temps de référence ;
- une troisième étape de fourniture d'un signal échantillonnant sur la base de temps de référence les signaux du capteur de bulles, cette étape étant faite en parallèle de la précédente ;
- une quatrième étape de fourniture à chaque cycle cardiaque d'un signal intégrant le signal de la troisième étape sur l'intervalle de temps repéré par la deuxième étape.
- Un deuxième objectif de l'invention est de piloter la remontée d'un plongeur en minimisant les temps de paliers de décompression avec un maximum de sécurité. A cet effet, le dispositif précédent comprend en outre un capteur de pression hydrostatique relié à l'ordinateur, un module de calcul apte à fournir les données du capteur de pression hydrostatique sur la base de temps commune, un module de calcul apte à exploiter ce signal et celui donnant le taux de bulles par cycles cardiaques pour fournir un historique de plongée et un module de calcul apte à exploiter ces données pour déterminer le profil de remontée du plongeur
- Le pilotage de la remontée d'un plongeur selon ce dispositif comporte les étapes complémentaires suivantes :
- une cinquième étape de fourniture d'un signal par un moyen (15) apte à échantillonner sur la base de temps de référence les signaux du capteur de pression hydrostatique ;
- une sixième étape de fourniture d'un signal donnant l'historique de la plongée par un module de calcul apte à exploiter le signal de l'étape précédente et le taux de bulles par cycles cardiaques;
- une septième étape de détermination du profil de remontée à suivre par un module de calcul apte à exploiter le signal de l'étape précédente et le taux de bulles par cycles cardiaques.
- La détection de bulles est déjà utilisée dans les études médicales sur les plongeurs. Pour caractériser l'état gazeux dans le sang, il est commode de classer les résultats de mesures en 5 niveaux (score de Spencer) : pas de bulle, bulles isolées ou espacées, bulles tous les 2-3 cycles cardiaques, bulles à chaque cycle cardiaque, flux continu de bulles couvrant les bruits du coeur. Les risques d'accidents de décompression ont été corrélés à ces niveaux par des études dans différentes conditions opérationnelle pour le plongeur.
- Ces études ont montré par ailleurs que le phénomène de dissolution des gaz lorsque la pression augmente, puis de leur rejet lors de la décompression, est complexe et non uniforme dans l'organisme. Le gaz se dissous dans le sang mais également dans les tissus du corps humain. Ces tissus restituent donc le gaz dans le sang selon leur texture et la pression locale. In fine, on s'aperçoit que les niveaux de bulles dans les vaisseaux traversant des organes vitaux peuvent être très supérieurs à ceux observés au niveau du coeur lorsque la mesure qui est faite intègre les résultats sur l'ensemble du cycle cardiaque.
- L'invention a pour effet de mesurer le niveau de bulles en un endroit du corps et à un moment où la pression est minimale. D'une part, la pression est plus faible sur le côté droit du coeur, au retour veineux mais, surtout, le dispositif permet de mesurer le niveau de bulle sur un faible instant, lors de la protodiastole, lorsque la pression est la plus faible, sans intégrer le résultat sur tout le cycle cardiaque. La pression lors de la diastole est significativement plus faible que lors de la systole. Cette différence de pression, qui est de 18 mmHg, ne semble pas énorme mais est propice pour un changement de phase. En particulier, si on exploite ce signal en se plaçant sur une échelle de Spencer, on atteindra plus vite un score élevé, ce qui rend l'alerte plus précoce. La précision de l'observation du phénomène par le dispositif permet de piloter la décompression de manière fine et adaptée à chacun.
- La mise en oeuvre de techniques Doppler avec des ultrasons pour détecter les bulles de gaz dans le réseau vasculaire a été décrite dans les demandes de
brevets FR 76 34550 US 6.261.233 . Si ces documents explicitent la théorie permettant d'obtenir des résultats sûr, les émetteurs et récepteurs qui y sont décrits sont relativement encombrants et d'un positionnement délicat. Des études plus récentes ( J Johasson & J Desling de l'université de Luléa « a compact Ultrasonic Transducer using the active piezoceramic material as electronic carrier ») prouvent que des dispositifs intégrés et compacts, pouvant se plaquer sur le corps du plongeur sans gêner ses mouvements, sont disponibles. - Par ailleurs, compte tenu des fréquences acoustique utilisées, entre 800Khz et 5 Mhz, l'utilisation de cette technique dans l'eau ne pose pas de problème car l'impédence acoustique des tissus est voisine de celle de l'eau.
- Le document
FR 76 34550 - Le fonctionnement de l'invention pourra être mieux compris par la description d'un exemple de réalisation de l'invention et au regard des figures annexées :
- La
figure 1 représente un schéma d'un dispositif selon l'invention ; - La
figure 2 représente un enregistrement cardiaque approximatif que l'on peut obtenir avec un capteur d'impulsions électromagnétiques du coeur (électrocardiogramme), - La
figure 3 montre le procédé de traitement des données par le dispositif - La
figure 1 montre une sangle (1) entourant le thorax, serrée avec un moyen de serrage connu permettant de la maintenir en position une fois installée et qui plaque un capteur de bulles ultrason (2) contre la poitrine du plongeur. Avantageusement, la sangle comporte une partie élastique permettant de maintenir sa position en accompagnant les mouvements de la cage thoracique. Le capteur est positionné de manière préférentielle entre la 2éme et la 3éme côtes juste à gauche du sternum pour effectuer la mesure sur le retour veineux, au niveau de l'oreillette et du ventricule droit du coeur. Si le plongeur utilise une combinaison de plongée sèche, il humidifie la face du capteur qui sera plaquée contre son corps. - Le capteur Doppler fonctionne à une fréquence comprise entre 2 et 8 Mhz et il est équipe d'un moyen d'émission électromagnétique. (6) lui permettant d'envoyer ses résultats à un ordinateur portable (3). De tels équipements existent, on pourra utiliser par exemple un capteur fourni par la marque Sonicaid ™.
- L'invention comporte également un capteur (4) apte à percevoir les impulsions électromagnétiques du coeur. Il s'agit de manière connue de capteurs électriques comprenant au moins 2 électrodes qui doivent être plaquées contre le corps au niveau du coeur. On pourra par exemple utiliser le capteur polar T31 de UWATEC ™. Il est possible d'intégrer ce capteur des impulsions cardiaques (4) et le capteur de bulles ultrason (2) à la même ceinture afin d'obtenir un ensemble compact, facile à installer sur la poitrine du plongeur. Ce capteur est aussi équipé d'un émetteur électromagnétique permettant d'envoyer ses résultats (6b).
- L'ordinateur portable peut être avantageusement fixé au poignet du plongeur avec son écran de présentation des informations. Il est lui-même équipé d'un récepteur (7) permettant de recevoir le signal des émetteurs (6) et (6b) des capteurs. Ces émetteurs et le récepteur de l'ordinateur portable forment des moyens de liaison sans fil (61) et 61b) entre celui-ci et les capteurs (2) et (4).
- L'ordinateur exploite les mesures et pour fournir en continu le niveau de bulle maximum observe lors des cycles cardiaques en suivant les quatre étapes décrites ci-après.
- La première étape est exécutée par un module de synchronisation (13) apte à fournir un signal de synchronisation qui permet aux modules de calcul traitant les étapes suivantes d'avoir la même base de temps.
- Une deuxième étape est exécutée par un module de calcul (12) apte à déterminer l'intervalle de temps à chaque cycle cardiaque pendant lequel la mesure du capteur de bulles sera exploitée pour définir à quel niveau on se place et déclenche une alerte en repérant cet intervalle par rapport à la base de temps fournie par le module de synchronisation (13). Cet intervalle de temps est déterminé pour optimiser la détection en n'intégrant le signal du capteur que dans la zone de temps où il est maximum, c'est-à-dire lorsque la pression sanguine est minimum, comme décrit ci-après.
- Le tracé de l'intensité des ondes électromagnétiques engendrées par le coeur et enregistrées par le capteur (4) est appelé électrocardiogramme (ECG). C'est le reflet de l'activité électrique totale du coeur. La
figure 2 représente approximativement un électrocardiogramme normal qui est composé de cinq ondes. La première, l'onde P, est faible amplitude et dure environ 0,08s. Elle résulte d'une activité électrique au niveau des oreillettes, environ 0,1 s après le début de l'onde P, les oreillettes se contractent - L'ensemble des trois ondes, Q, R et S correspond à une activité électrique des ventricules avant la contraction. Sa forme complexe reflète la taille inégale des ventricules et leurs caractéristiques électriques différentes. Cet ensemble précède la contraction des ventricules et a une durée moyenne de 0,08s
- L'onde T est causée par l'activité des ventricules avant relâchement (diastole). L'onde T est plus longue et d'amplitude plus faible que les ondes Q, R et S.
- La pression intracardiaque augmente lors des phases de contraction (systole) des oreillettes (intervalle PR) et des ventricules (intervalle QT). Elle redescend lors de la diastole, entre l'onde T et l'onde P. C'est en fait lors de la protodiastole, courte phase suivant l'onde T pendant laquelle les ventricules se relâchent que la pression intracardiaque est la plus faible et que la genèse des bulles est la plus probable. L'intervalle TP correspondant à la protodiastole est inférieur à la période de relaxation complète, qui correspond elle-même à la moitié de la durée de la révolution cardiaque.
- Avantageusement, le module de calcul (12) ciblera cet intervalle TP pour intégrer les mesures et il sélectionnera l'intervalle de temps précédant P sur une durée comprise entre 30% et 40% du temps total de la révolution cardiaque. En supposant que le coeur batte à 75 battements par minute, la durée de la révolution cardiaque sera de 0,8s, donc la durée de la mesure avant P sera d'environ 0,3s.
- Une troisième étape est exécutée par un module de traitement (11) apte à transformer le signal venant du capteur de bulles ultrason (2) en un signal échantillonné sur la base de temps fournie par le module de synchronisation (13). Le temps de transit des bulles les plus rapides qui est d'environ 0,01s impose une fréquence d'échantillonnage minimum sur le capteur pour ne pas éliminer ces bulles durant la mesure. Avantageusement, cette fréquence d'échantillonnage sera supérieure à 100Hz.
- Les étapes 2 et 3 sont effectuées en parallèle et les signaux résultants sont traités par une quatrième étape. Cette étape est réalisée par un module de calcul (14) apte à intégrer le signal venant du module (11) sur l'intervalle de temps fourni par le module (12). Cette intégration fournit un signal proportionnel au nombre de bulles durant la période où celui-ci atteint un maximum à chaque cycle cardiaque. Compte tenu du temps de transit de la bulle (10 micro secondes), ce module doit faire un calcul d'intégration pour définir le niveau de bulles. Avantageusement on utilisera une méthode basée sur la détection des harmoniques, par exemple celle nommée « Empirical Mode Décomposition » décrite par Chapell & Payne (2005).
- Avantageusement, au cours de cette quatrième étape, le signal ainsi traité pour mesurer le niveau de bulles sera également placé sur une échelle de Spencer pour fournir un résultat plus facilement interprétable en vue d'une alerte au tout début de l'apparition du phénomène dans le corps du plongeur.
- Dans un mode de réalisation plus complet, le dispositif comprend un capteur de pression hydrostatique (5) qui fournit à l'ordinateur portable (4) la profondeur à laquelle se trouve le plongeur. De tels capteurs sont couramment utilisés par les plongeurs et intégrés au support physique de l'ordinateur.
- L'ordinateur portable (4) fournit alors des instructions sur la vitesse de remontée du plongeur en tenant compte d'une alarme précoce d'accident de décompression, en suivant trois étapes qui suivent le procédé précédent.
- Une première étape est exécutée par un module (15) apte à transformer le signal du capteur de pression hydrostatique (5) et le signal fourni par le module synchronisation (13) en une profondeur sur la base de temps commune.
- Une deuxième étape est exécutée par un module (16) apte à combiner le signal pression fourni par le module (15) et le signal de niveau de bulles fourni par le module (14) pour construire un profil de plongée consistant en un historique des profondeurs atteintes avec les niveaux de bulles observés.
- Une troisième étape est exécutée par un module de calcul (17) apte à comparer à chaque moment le profil de plongée donné par le module (16) avec des tables et des calculs préalables résultant des études existantes sur la décompression des plongeurs fournis par un , module de mémoire (18). Le résultat de cette comparaison est traduit en instructions au plongeur qui peuvent être une alarme pour arrêter la remontée, une autorisation de reprendre la remontée ou des directives plus complexes sur le profil de plongée à venir. Les modules de calcul (1b) et (17) peuvent être physiquement intégrés.
- Les indications fournies par cette troisième étape peuvent être par exemple:
- Fin de pallier à 6m
- o Pas de bulle --> « Respectez le pallier à 3m »
- Fin de pallier à 6m
- o Bulles à chaque cycle cardiaque - > « Attendez. »
- o Bulles tous les 2 à 3 cycles cardiaques - > « Attendez.... »
- Ces consignes tiendront également compte de la quantité de gaz disponible dans le bloc de plongée. Cette information, qui peut être fournie par un manomètre relié en permanence à l'ordinateur par une liaison sans fil, est primordiale pour pondérer les consignes et ainsi éviter un manque de gaz. Elle sera alors exploitée par le module (17) qui élabore les instructions.
- Avantageusement le dispositif comprendra en outre un débitmètre sur l'appareil respiratoire. Cet appareil sera couplé à l'ordinateur qui comprendra en outre un module d'interface par lequel le plongeur pourra indiquer le type de mélange gazeux utilisé et d'autres données spécifiques à la plongée en cours. Un capteur mesurant le CO2 expiré par le plongeur sera aussi avantageusement intégré au dispositif Ces données seront utilisées par le module de calcul (17) qui exploite les niveaux de bulles pour fournir des instructions au plongeur.
- En effet, pour atteindre des profondeurs importantes, les plongeurs utilisent des mélanges de gaz spécifiques. Ces mélanges de gaz qui passent dans le sang ont des caractéristiques différentes de taux d'absorption puis de dégazage dans les tissus et le sang qui doivent être prises en compte dans les tables.
- De même, la mesure du CO2 permet d'obtenir le volume de saturation de gaz inerte par soustraction avec l'oxygène. Le taux de CO2, qui est un gaz du catabolisme, est un indice d'échange pulmonaire, donc du risque d'oedème pulmonaire.
- Dans un mode plus sophistiqué, il peut prendre en compte de façon connue l'historique du plongeur pour s'adapter à sa physiologie. Il peut aussi exploiter les résultats du capteur d'impulsions électriques cardiaques (4) qui donne le rythme cardiaque comme un élément correctif intégré au calcul des tables de désaturation. Ce correctif calcule de façon connue l'intervalle de temps entre deux ondes R de l'ECG dont l'évolution renseigne sur le niveau de l'effort exercé sur le plongeur. A terme, ce sera un paramètre supplémentaire à intégrer au niveau de bulle, pour plus de sécurité.
- Avantageusement, le dispositif continuera à fonctionner au moins une heure après la sortie de l'eau. En effet, les bulles sont plus nombreuses 30 minutes après la sortie de l'eau, même si elle sont détectables avant. Le dispositif peut donc servir à prévenir de l'occurrence d'un accident de décompression après la plongée dans les cas critiques. Cette utilisation peut aussi permettre de modifier les profils de remontée pour des plongées ultérieures afin de limiter le niveau de bulles dans les instants qui la suivent.
- Dans un mode de réalisation supplémentaire, un module apte à exploiter des données telles que le nom du plongeur et à comparer l'historique de la plongée en cours avec ceux de plongées précédentes fournira des profils de remontées adaptés au plongeur. Le module de calcul pourra définir une corrélation entre l'apparition du phénomène bullaire de l'utilisateur et ses profils de plongée. Il pourra alors prévenir l'apparition des bulles pour définir une vitesse de « remontée » de confort minimisant l'apparition de bulles.
- Ce résultat pourra donc ensuite être mémorisé par le module mémoire (18) qui le fournira au module de calcul (17).
- Un tel dispositif peut également être utilisé en caisson de décompression pour le traitement des accidents de plongée ou les études.
Claims (6)
- Dispositif de sécurité de plongée sous-marine comprenant un capteur (2) apte à détecter les bulles de gaz dans le sang du plongeur, des moyens de fixations et de couplage fonctionnel du capteur au corps du plongeur (1), un ordinateur avec un moyen de liaison (61) au dit capteur capable de fournir un signal si le niveau de bulle détecté dépasse un niveau requis, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (4) d'impulsions électriques cardiaques avec un moyen de liaison (61b) à l'ordinateur portable (3), le dit ordinateur disposant d'un moyen de synchronisation des capteurs (13), d'un moyen de découpage du cycle cardiaque en sous intervalles de temps (12) à partir des impulsions mesurée par le capteur (4), d'un moyen de traitement (11) des mesures du capteur (2) sur la même base de temps que le moyen (12) et d'un moyen (14) d'intégration des mesures du capteur (2) sur ces sous intervalles de temps.
- Dispositif selon la revendication 1 comprenant un capteur de pression hydrostatique (5) relié à l'ordinateur (4), un module de calcul (15) apte à fournir les données du capteur (5) sur la base de temps du module (13), un module de calcul (16) apte à exploiter ce signal et celui du module (14) pour fournir un historique de plongée et un module de calcul (17) apte à exploiter ces données pour déterminer le profil de remontée du plongeur.
- Procède de détection des bulles mis en oeuvre par un dispositif selon la revendication 1 comportant les quatre étapes suivantes :- une première étape de fourniture d'un signal de synchronisation donnant une base de temps de référence par le moyen (13) ;- une deuxième étape de fourniture d'un signal repérant le début et la fin d'un intervalle de temps déterminé à chaque cycle cardiaque par un moyen (12) apte à traiter les signaux du capteur d'impulsions cardiaques (2) sur la base de temps de référence ;- une troisième étape de fourniture d'un signal par un moyen (11) apte à échantillonner sur la base de temps de référence les signaux du capteur de bulles (2), cette étape étant faite en parallèle de la précédente ;- une quatrième étape de fourniture à chaque cycle cardiaque d'un signal par un moyen (14) apte à intégrer le signal de la troisième étape sur l'intervalle de temps repéré par la deuxième étape.
- Procédé selon la revendication 3 pour lequel l'intervalle de temps repéré à l'étape 2 précède immédiatement l'onde P avec une durée de valeur comprise entre 30 et 40% du cycle cardiaque.
- Procédé selon les revendications 3 ou 4 avec une étape supplémentaire consistant à comparer le signal de la quatrième étape sur plusieurs cycles cardiaques pour placer le niveau de bulles selon des critères prédéterminés, notamment sur une échelle de Spencer.
- Procédé de pilotage de la remontée d'un plongeur selon les revendications 2, 3 ou 4, comportant les étapes complémentaires suivantes mises en oeuvre par un dispositif selon la revendication 2 :- une cinquième étape de fourniture d'un signal par un moyen (15) apte à échantillonner sur la base de temps de référence les signaux du capteur de pression hydrostatique (5);- une sixième étape de fourniture d'un signal donnant l'historique de la plongée par un module de calcul (16) apte à exploiter le signal de l'étape précédente et celui du module (14) ;- une septième étape de détermination du profil de remontée à suivre par un module de calcul (17) apte à exploiter le signal de l'étape précédente et celui du module (14.
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