FR2487075A1

FR2487075A1 - Systeme de mesure de periode

Info

Publication number: FR2487075A1
Application number: FR8113884A
Authority: FR
Inventors: Toshinori Hirano; Masakazu Murase
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1980-07-17
Filing date: 1981-07-16
Publication date: 1982-01-22
Also published as: CA1174734A; US4456959A; DE3128172A1; DE3128172C2; FR2487075B1

Abstract

SYSTEME DE MESURE DE PERIODE. UNE FONCTION D'AUTOCORRELATION EST CALCULEE POUR UNE VALEUR DE VARIABLE DE DEPHASAGE DANS UN INTERVALLE DONNE PAR LA PERIODE MINIMALE ET LA PERIODE MAXIMALE D'UNE PULSATION, CORRESPONDANT RESPECTIVEMENT AU POULS MAXIMUM ET AU POULS MINIMUM ESTIMES D'APRES LE DERNIER POULS OBTENU PAR UNE MESURE PRECEDENTE DU SIGNAL DE PULSATION DU COEUR, AU MOYEN DE L'ECHANTILLONNAGE DU SIGNAL SELON UNE PERIODE PREDETERMINEE D'ECHANTILLONNAGE. LA PERIODE T DU SIGNAL DE PULSATION DU COEUR EST CALCULEE A PARTIR DE LA FONCTION D'AUTOCORRELATION ET LA PERIODE D'ECHANTILLONNAGE EST FIXEE EN FONCTION DE LA PERIODE CALCULEE DU SIGNAL DE PULSATION DU COEUR. APPLICATION NOTAMMENT POUR MESURER LA PERIODE D'UN SIGNAL REPRESENTANT LA PULSATION DU COEUR D'UN FOETUS.

Description

La présente invention se rapporte à un système de mesure de pé-

riode, en particulier du type utilisé pour mesurer la période d'un signal représentant la pulsation du coeur d'un foetus au moyen d'un procédé d'autocorrélation. Dans la pratique classique de mesure de la période d'un biosignal, en particulier d'un signal représentant la pulsation du coeur, on mesure l'espacement entre pointes au moyen d'un système à déclenchement par les

pointes. Ce système détermine la période d'un signal représentant la pul-

sation du coeur en détectant les pointes P1, P2, P3.... du signal, et en

mesurant ensuite le temps qui sépare deux pointes contiguës comme le re-

présente la figure 1. Cependant, avec ce système de mesure à déclenchement par les pointes, des erreurs de mesure peuvent être faites si le signal est un signal Doppler provenant d'un foetus et présentant plusieurs pointes, au cours d'une même période, ou si le signal provenant du foetus comprend une composante importante de bruit qui donne naissance à plusieurs pointes au

cours d'une même période. Par exemple, dans le cas o le système à déclen-

chement par les pointes est utilisé pour mesurer la période d'un biosignal comprenant deux signaux différents S1, S2 qui sont produits alternativement comme le représente la figure 2, il est possible que la période entre les signaux mutuellement différents soit détectée comme étant les périodes T1, T2 du biosignal. Dans ce cas, le système à déclenchement ne mesurerait pas la période avec précision. Ou, comme le représente la figure 3, des erreurs

de mesure de la période peuvent se produire du fait de déclenchements erro-

nés provoqués par une composante importante de bruit.

Un système de mesure de période basé sur un procédé d'autocorré-

lation du biosignal a été mis au point pour remplacer le système a déclen-

chement par les pointes qui présente les défauts décrits ci-dessus. Le fonctionnement du système d'autocorrélation comporte l'échantillonnage

d'un signal représentant la pulsation du coeur pendant une période appro-

priée d'échantillonnage, le calcul de la fonction d'autocorrélation de ce signal en se basant sur les données échantillonnées, et la mesure de la période du signal à partir de la fonction calculée d'autocorrélation. La fonction d'autocorrélation indique la similarité entre deux parties de la forme d'onde du signal représentant la pulsation du coeur, à deux moments différents séparés par un certain intervalle de temps. En d'autres termes, elle représente le degré de similarité de la forme d'onde répétitrice du

signal de pulsation du coeur. On comprendra mieux cette notion en se re-

portant à la figure 4 sur laquelle on peut voir que si une partie M1, qui se répète à une certaine période T, est décalée sur l'axe des temps d'un

intervalle de temps qui est égal à la période T, cette partie O! se superpo-

sera avec le maximum de précision à la partie M2 qui lui fait suite immédiatement.

Afin d'obtenir la fonction d'autocorrélation a partir du biosi- gnal, on peut écrire cette fonction d'autocorrélation d (l) en fonction du biosignal f(t) qui est lui-même fonction du temps t. Ainsi, () peut s'écrire: /T s('r) i liTa f(t). f(t + ')dt....... (1) T-->o 2T -T

Soit f(k) (k étant égal à 1, 2,....., n) une fonction qui repré-

sente les données obtenues par un échantillonnage du signal qui fait l'ob-

jet de la mesure, l'équation (1) donnée ci-dessus peut s'exprimer comme suit: n O(q?) =E k-1 f(k).f(k +. .) (2)

ii k=1......

En développant l'équation (2), on obtient:

1= f(1).f(1 +2) + f(2),f(2 +')....

+ f(n). f(n +')..................(3) Cette expression montre en particulier que la fonction 0(Q-) s'obtient en additionnant les produits de deux éléments d'information qui existent en deux points différents du temps séparés par la variable t: de

déphasage.

Dans les équations (1), (2) et (3), - représente un intervalle

allant d'un certain point du signal de pulsation du coeur à un point sé-

paré du premier par un certain temps. En d'autres termes,' est une variable

qui applique un déphasage au biosignal f(t), et qui varie dans un inter-

valle qui peut être considéré comme étant une période du signal.

Considérons un cas courant dans lequel le signal de pulsation du coeur d'un foetus est mesuré afin que sa période soit déterminée par le procédé de correlation. La mesure commence par l'échantillonnage du signal de la pulsation du coeur à une période prédéterminée d'échantillonnage. Les

essais cliniques ont montré que la période d'un signal représentant la pul-

sation du coeur d'un foetus peut couvrir un intervalle très étendu allant de 300 à 1 500 millisecondes environ. Dans la pratique classique, - varie donc dans un intervalle de 300 à 1 500 millisecondes lorsqu'on effectue

les mesures. Puisqu'on utilise -2/T5 au lieu de l-lorsqu'on pratique effec-

tivement un échantillonnage, 2 varie dans un intervalle de 300/Ts à 1 500 T/S, TS étant la période d'échantillonnage. Puisque la fonction d'autocorrélation obtenue dans cet intervalle de valeurs présentera une pointe lorsque'?_sera égal à la période T du signal de la pulsation du coeur et lorsque z'sera

un multiple entier de cette période, c'est-à-dire 2T, 3T..., on pourra ob-

tenir la période du signal de pulsation du coeur en détectant la pointe

correspondant à la période T. Dans le cas.d'un foetus, cependant, la varia-

tion maximale du pouls est inférieure à+ 15 pulsations par minute. Le calcul de la fonction d'autocorrélation dans un large intervalle comme dans le procédé suivant l'art antérieur, est donc une opération sensiblement dénuée

de signification et qui allonge inutilement le temps nécessaire au traite-

ment du signal. Ce dernier point est particulièrement indésirable dans un système de mesure de période dans lequel un traitement en temps réel est fortement souhaitable. En outre, le fait d'effectuer des mesures dans un intervalle inutilement large augmente l'éventualité d'un bruit qui viendra

influencer les mesures. Dé plus, puisque la période du signal de la pulsa-

tion du coeur du foetus varie entre 300 et 1 500 millisecondes, il est né-

cessaire de régler la période d'échantillonnage à une valeur telle qu'elle

ne dimunuera pas la précision des données de la mesure, de manière à ré-

duire le coût de l'appareil de mesure et permettre la continuation du trai-

tement en temps réel de la mesure de la période.

En conséquence, la présente invention vise à éliminer les incon-

vénients mentionnés ci-dessus et rencontrés dans l'art antérieur.

La présente invention a pour objet principal de fournir un systè-

me de mesure de période dans lequel la fonction de corrélation d'un signal de pulsation du coeur d'un foetus est calculée dans un intervalle limité ayant une influence sensible sur la mesure de la période, afin d'éliminer le danger d'un bruit qui pourrait affecter défavorablement les mesures, et dans lequel les calculs qui concernent des données sensiblement dénuées

de signification, sont éliminés pour permettre la continuation du traite-

ment en temps réel de la mesure.

Un autre objet de la présente invention est de fournir un système

de mesure de période qui, en raison du fait que la période d'un signal re-

présentant la pulsation du coeur d'un foetus est comprise entre 300 et

1 500 millisecondes, effectue un échantillonnage à des périodes qui cor-

respondent à la grandeur de la variation du signal de pulsation du coeur, et dans un intervalle nécessaire à la mesure de la période sans réduction

sensible de la précision des données obtenues par la mesure du pouls.

La présente invention a encore pour objet de fournir un système de mesure de période qui effectue une mesure de période avec une capacité

plus faible de mémoire et en temps réel.

Un autre objet de la présente invention est encore de réduire le

nombre des calculs. de la fonction d'autocorrélation nécessai-

res pour contrôler la période d'un -signal représentant la pul-

sation du coeur d'un foetus.

Pour réaliser ces objets, la présente-invention fournit un système de mesure de période qui comprend un moyen pour échantillonner le signal de pulsation du coeur à une période

prédterminée d'échantillonnage, un moyen pour calculer la fonc-

tion d'autocorrélation dans un intervalle prédéterminé du si-

gnal de pulsation du coeur à l'aide des données échantillonnées

du signal de pulsation du coeur fournies par le moyen-d'échan-

tillonnage, et un moyen pour calculer la période du signal de

pulsation du coeur à partir de la fonction de corrélation cal-

culée, la commande étant effectuée de manière telle que la fonction d'autocorrélation soit calculée pour des valeurs de la variable de déphasage comprises dans un intervalle donné

par la période minimale et par la période maximale d'une pul-

sation, correspondant respectivement au pouls maximal et au pouls minimal, selon les estimations faites à partir -du dernier pouls obtenu par une mesure précédente. Sous un autre aspect de la présente invention, le système de mesure de période est

caractérisé par le fait que le rythme de variation dela pério-

de d'échantillonnage du moyen d'échantillonnage est rendu con-

forme à l'intervalle de la période du biosignal calculé par le

moyen de calcul.

La présente invention sera bien comprise à la lecture

de la description suivante faite en relation avec les dessins

ci-joints, dans lesquels: - la figure 1 est un diagramme représentant la forme

d'onde d'un biosignal, ce diagramme étant utilisé pour décri-

re la mesure d'une période conformément au système à déclenche-

ment par les pointes; - les figures 2 et 3 sont des diagrammes représentant

les formes d'onde d'un biosignal, ces diagrammes étant utili-

sés pour décrire la mesure d'une période conformément au sys-

tème à déclenchement par les pointes, comme à la figure 1; - la figure 4 est un diagramme représentant la forme

d'onde d'un biosignal, ce diagramme étant utilisé pour décri-

re la mesure d'une période conformément au système d'autocor-

rélation; - la figure 5 est une vue qui est utilisée pour décrire l'effet de raccourcissement de l'intervalle de calcul conformément à la présente invention; - la figure 6 est un schéma de fonctionnement d'un appareil de mesure de période comprenant le système de mesure de période qui fait l'objet de la présente invention; - la figure 7 est un schéma de fonctionnement qui est utilisé pour décrire la lecture des données d'échantillonnage en se basant sur

une variable NS de déphasage fournie par un circuit de réglage de l'in-

tervalle de calcul, et pour décrire le stockage des résultats calculés.

ainsi que le calcul de la période; et - la figure 8 est une vue qui est utilisée pour décrire un

procédé de variation graduelle de la période d'échantillonnage confor-

mément à une variation de la période du signal de pulsation du coeur.

On décrira maintenant un exemple deréalisation de la présente

invention en se reportant aux figures 5 à 8.

La figure 5 est une vue qui est utilisée pour décrire l'effet

de raccourcissement de l'intervalle de calcul.. La période du signal re-

présentant la pulsation du coeur est représentée sur l'axe horizontal.

L'intervalle délimité par les flèches est un intervalle contenu dans les limites de la période du signal de pulsation du coeur, pendant lequel une

fonction d'autocorrélation est calculée, c'est-à-dire, un intervalle pen-

dant lequel la variable ?r de déphasage varie.

Les biosignaux ne se limitent pas uniquement aux signaux repré-

sentant la pulsation du coeur d'un foetus. En général, l'intervalle pen-

dant lequel la fonction d'autocorrélation d'un biosignal est calculée, est

fixé de manière à être aussi étroit que possible mais tel qu'il ne provo-

quera pas une diminution sensible de la précision des données de la mesure.

Cette fixation d'un intervalle étroit est souhaitable au point de vue du traitement en temps réel. Plus précisément, il est préférable que seul un intervalle de signal exerçant une influence sensible sur les résultats de la mesure, soit choisi comme intervalle de calcul, et que les calculs soient

effectués uniquement dans cet intervalle pour permettre le traitement sou-

haité en temps réel sans qu'il se produise une diminution sensible de la

précision des données de la mesure. En outre, lorsque l'intervalle de cal-

cul est fixé inutilement large, il existe également la possibilité que les mesures soient affectées défavorablement par le bruit. De ce point de vue

également, il est donc souhaitable que l'intervalle de calcul de la fonc-

tion d'autocorrélation soit réglé de manière à permettre le calcul dans un

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intervalle tel qu'il exerce une influence sensible sur les résultats de

la mesure.

Dans le cas o le biosignal est un signal représentant la pulsa-

tion du coeur d'un foetus, l'intervalle est compris entre 300 et 1 500 mil-

lisecondes. Des essais cliniques ont fourni des données qui ont confirmé

que la variation maximale du pouls d'un foetus est d'environ + 15 pulsa-

tions par minute ou moins.

Comme on l'a mentionné ci-dessus, il est préférable que l'inter-

valle de calcul soit réduit et rétréci autant que possible mais seul un

intervalle qui influence les résultats de la mesure sera choist. En se ba-

sant sur-cette conception, les présents inventeurs ont concentré leur

attention sur l'application d'un tel concept à la mesure du signal de pul-

sation du coeur d'un foetus. Plus précisément, puisque la variation maxi-

male du pouls d'un foetus est d'environ + 15 pulsations par minute, les in-

venteurs se sont aperçus qu'il fallait effectuer la commande de manière telle que la fonction d'autocorrélation soit calculée dans un intervalle donné par la période minimale et par la période maximale d'une pulsation, correspondant respectivement au pouls maximal et au pouls minimal, selon

les estimations faites à partir du dernier pouls obtenu, c'est-à-dire pen-

dant l'intervalle de la période de pulsation du coeur indiqué par le der-

nier pouls obtenu + 15 pulsations par minute environ. En d'autres termes, les inventeurs sont arrivés à un système dans lequel le traitement a lieu

approximativement en temps réel, mais sans diminution sensible de la pré-

cision de la mesure, en faisant varier la variable Rcde déphasage de la fonction d'autocorrélation dans l'intervalle de temps mentionné ci-dessus, afin de calculer la fonction d'autocorrélation dans cet intervalle. Pour

la description détaillée de ce point, on se reportera de nouveau à la fi-

gure 5 sur laquelle l'axe horizontal représente la période d'un signal de

pulsation du coeur d'un foetus, tandis que les flèches indiquent l'inter-

valle dans lequel la fonction d'autocorrélation est calculée. L'intervalle de calcul, à l'intérieur des limites d'une période allant de 300 à 1 500 millisecondes, est une longueur de temps qui correspond au dernier pouls + 20 pulsations par minute, comme l'indiquent les flèches. Ceci revient à dire que l'intervalle dans lequel varie la variable qn de déphasage, est réduit à l'intervalle de temps mentionné ci-dessus. On doit bien noter que, d'après la figure 5, la variation de + 20 pulsations par minute est

considérée comme la variation maximale du pouls, de préférence à la va-

riation de + 15 pulsations par minute. La variation maximale du pouls est fixée à cette valeur légèrement supérieure pour permettre une certaine marge d'erreur. Ceci est réalisé en vue d'empêcher une diminution de la précision des données de la mesure, la marge supplémentaire évitant toute

omission dans les calculs.

Suivant l'exemple de réalisation représenté à la figure 5, l'intervalle dans lequel est calculée la fonction d'autocorrélation ou, en d'autres termes, l'intervalle dans lequel varie la variable SS de

déphasage, est réglé de manière à limiter le calcul de la fonction d'auto-

corrélation uniquement à un intervalle tel qu'il exerce une influence sen-

sible sur la période à calculer. Ceci élimine le traitement de grandes quantités de données sensiblement dénuées de signification, et contribue largement au traitement en temps réel qui est très recherché au point de

vue de la mise en pratique du système de mesure de période du type à auto-

corrélation. En outre, la caractéristique de la présente invention décrite ci-dessus réduit fortement la possibilité que les mesures soient affectées

par le bruit.

Un système de mesure de période du type à autocorrélation tel qu'il est représenté à la figure 5 est mis en pratique, par exemple, au moyen d'un appareil de mesure de période dont la construction est du-type

représenté à la figure 6.

On se reportera maintenant à la figure 6. Un transducteur 2 est mis en contact avec l'abdomen W d'un sujet féminin pour détecter le signal

de pulsation du coeur du foetus. Ce transducteur 2 est connecté à un cir-

cuit 2 de pré-traitement. Le signal de pulsation du coeur est détecté par le transducteur 2 et, après que sa forme d'onde a été conformée de manière appropriée par le circuit 3 de pré-traitement, ce signal est échantillonné

par le circuit 4 d'échantillonnage suivant une période préréglée d'échan-

tillonnage et il est soumis à une conversion d'analogique en numérique par le circuit d'échantillonnage. Le circuit 4 d'échantillonnage est connecté

à une mémoire 6 de données qui stocke les données échantillonnées. La mé-

moire 6 de données se compose de plusieurs registres à décalage et elle est prévue pour introduire par décalage les données échantillonnées qui se présentent sous la forme numérique, et de telle sorte que les données arbitraires de position précisées par la ligne analogique-numérique du signal peuvent en être extraites. En outre, la mémoire 6 de données stocke toujours les N derniers éléments d'information, tels que les derniers éléments 256 d'information. Un multiplicateur 8 est relié à la mémoire 6

de données et un additionneur 10 est relié au multiplicateur 8. Le mul-

tiplicateur 8 et l'additionneur 10 calculent la fonction d'autocorréla-

tion donnée par l'équation (3) en se basant sur les données stockées-dans la mémoire 6 de données avec, pour résultat, le stockage du calcul dans une mémoire 12 de corrélation qui est connectée à l'additionneur 10. En conséquence, on peut considérer que le multiplicateur 8 et l'additionneur constituent un circuit de calcul de la fonction d'autocorrélation du signal de pulsation du coeur. Un détecteur 14 de pointes, prévu pour détecter les pointes à

partir des données de la fonction d'autocorrélation stockées dans la mé-

moire 12 de corrélation, est connecté à cette dernière. Un circuit 16 de calcul de la période est connecté au détecteur 14 de pointes. Le circuit 16 de calcul de la période calcule la période du signal de pulsation du

coeur lorsqu'il reçoit un signal de détection de pointe venant du détec-

teur 14 de pointes. Un circuit 18 de calcul du pouls connecté au circuit

16 de calcul-de période, calcule le pouls en se basant sur le signal, re-

présentant la période de la pulsation du coeur, obtenu à partir du cir-

cuit 16 de calcul de la période. Le circuit 18 de calcul du pouls est re-

lié à un circuit 20 de commande auquel est connecté à son tour un disposi-

tif 22 d'affichage constitué de diodes électroluminescentes par exemple.

Ce dispositif 22 d'affichage affiche le nombre de pulsations par minute contenues dans le signal de pulsation en se basant sur le signal obtenu à partir du circuit 18 de calcul du pouls par l'intermédiaire du circuit de commande. Il peut arriver, dans certains cas, que le signal venant du circuit 18 de calcul du pouls comprenne une composante de bruit, ou que la sonde de détection des pulsations du coeur glisse. Le circuit 20 de commande est prévu, par conséquent, pour commander le signal venant du circuit 18 de calcul du pouls, de manière à l'empêcher d'entrer dans le

dispositif 22 d'affichage dansles cas mentionnés ci-dessus, afin d'assu-

rer qu'un pouls erroné ne sera pas affiché.

Le circuit 20 de commande est relié en outre à un circuit 24

qui fixe l'intervalle dans lequel est calculée la fonction d'autocorré-

lation. Le circuit 24 de fixation de l'intervalle de calcul est connecté au multiplicateur 8 et à l'additionneur 10. En outre, un détecteur 26 de

niveau de référence est relié au circuit 20 de commande et au circuit 4-

d'échantillonnage.

On décrira maintenant plus en détail l'exemple préféré de réa-

lisation de la présente invention en se reportant à la figure 7. Le cir-

cuit 24 de fixation de l'intervalle de calcul, calcule l'intervalle dans lequel la fonction d'autocorrélation doit être calculée, lorsqu'il reçoit les données venant du circuit 18 de calcul du pouls, régi par le circuit de commande. Si on suppose, par exemple, que l'intervalle de calcul est une longueur de temps qui correspond au dernier pouls + 20 pulsations par minute, on calcule alors la fonction d'autocorrélation en faisant varier la variable 2'?successivement pour chaque opération d'échantillonnage, de

la manière suivante ' "2 t.......tm dans l'intervalle de temps cor-

respondant à ces + 20 pulsations par minute. A ce moment-là, le circuit 24 de fixation de l'intervalle de calcul applique la variable Z, de déphasage, qui doit être utilisée dans les calculs, au multiplicateur 8 sous forme de données d'adresse pour la lecture de deux éléments d'information séparés l'un de l'autre par la variable 1'Z de déphasage, à partir de la mémoire 6 de données qui stocke les données d'échantillonnage. Le multiplicateur 8

extrait de la mémoire 6 de données, les deux éléments de données d'échan-

tillonnage X1 et X eg séparés l'un de l'autre par la variable de déphasa-

ge et il les multiplie l'un par l'autre. Le produit de cette multiplication est ajouté à la mémoire MI, prévue pour la variable qt, dans la mémoire 12 de corrélation, par l'additionneur 10 régi par le circuit 24 de fixation de l'intervalle de calcul. Ensuite le multiplicateur 8, régi par le circuit 24 de fixation de l'intervalle de calcul, extrait X1et X 'V2 de la mémoire 6

de données et multiplie ces deux éléments d'information l'un par l'autre.

Le produit résultant est ajouté à la mémoire M2, prévue pour la variable Q2 dans la mémoire de corrélation, par l'additionneur 10 régi par le circuit

24 de fixation de l'intervalle de calcul. Le calcul se poursuit d'une ma-

nière analogue, sensiblement conformément à l'équation (2), jusqu'à la mé-

moire MM ce qui permet de stocker dans la mémoire 12 de corrélation le résultat du calcul de la fonction d'autocorrélation pour chaque valeur de Z. Un calcul du type ci-dessus est effectué pour chaque opération d'échantillonnage des données et la fonction d'autocorrélation calculée

pour le signal de pulsation du coeur est stockée dans la mémoire 12 d'auto-

corrélation. Lorsque le calcul mentionné ci-dessus a été effectué "n" fois, par exemple 256 fois le calcul d'autocorrélation, c'est-à-dire lorsque les calculs ont été faits pour chacune des "n" opérations d'échantillonnage, la somme totale des "n" opérations de l'équation (2) est terminée et le

circuit 24 de fixation de l'intervalle de calcul envoie un ordre de détec-

tion de pointe au détecteur 14 de pointes.

Les informations écrites sur le schéma de la mémoire 6 de don-

nées à la figure 7, servent à calculer la fonction d'autocorrélation pour une seule opération d'échantillonnage en utilisant les données 1-2,I X k25

Xr 3.... X" m rapportées aux données X1. Lorsque le calcul mentionné ci-

dessus, rapporté aux données X1, est terminé pour chaque opération d'échan-

tillonnage, de nouvelles données d'échantillonnage sont introduites par dé-

calage dans la position X1, à la suite de quoi le calcul est effectué de la manière décrite ci-dessus, sur la base des nouvelles données qui ont été introduites par décalage dans la position X1- Le détecteur 14 de pointes détecte une pointe en détectant la

plus élevée des valeurs calculées de la fonction d'autocorrélation stoc-

kées dans la mémoire 12 de corrélation de la manière décrite ci-dessus. Le détecteur 14 de pointes envoie un signal de détection de pointe à chaque

détection d'une pointe. Le circuit 16 de calcul de période reçoit le si-

gnal de détection de pointe et il calcule la période du signal de pulsa-

tion du coeur à partir de la valeur de la variable de déphasage dans la

fonction d'autocorrélation au moment o la pointe est détectée. Le cir-

cuit 18 de calcul du pouls du coeur calcule le pouls (nombre de pulsations du coeur par minute) en divisant 60 x 103 millisecondes parla période (en

millisecondes) obtenue à partir du circuit 16 de calcul de période et cal-

culée de la manière décrite ci-dessus.

Le circuit 20 de commande envoie un signal au détecteur 26 de niveau de référence, à un intervalle approprié de temps. En réponse à ce signal, le détecteur 26 de niveau de référence detecte le niveau optimal

de référence (niveau zéro) dans le cas o un signe est attaché aux don-

nées échantillonnées. Plus précisément, lorsqu'un signe est attaché aux données, plus la polarité des données est équilibrée, plus la périodicité

de la courbe de la fonction d'autocorrélation apparaîtra clairement. Le dé-

tecteur 26 du niveau de référence est prévu dans ce but. Il détermine la valeur optimale du niveau de référence en détectant la valeur maximale et

la valeur minimale, ou la valeur moyenne, des données au cours del'échan-

tillonnage.

Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 6, le cal-

cul de la fonction d'autocorrélation est commandé par le circuit 24 de fi-

xation de l'intervalle de calcul, de manière telle que le calcul est effec-

tué dans un intervalle de temps qui correspond au pouls le plus élevé + 20

pulsations par minute, ce qui permet de mesurerla période du signal de pul-

sation du coeur sans augmenter inutilement le temps de calcul en échantil-

lonnant une quantité élevée de données sensiblement dénuées de significa-

tion, et sans provoquer une diminution quelconque de la précision des don-

nées. Plus précisément, le circuit 24 de fixation del'intervalle de

calcul calcule la période minimale et la période maximale, estimées à par-

tir du dernier pouls, et correspondant à un chiffre obtenu en ajoutant pulsations par minute à ce dernier pouls, et à un chiffre obtenu ensoustrayant 20 pulsations par minute de ce dernier pouls, le pouls (en

nombre de pulsations par minute) étant calculé dans le circuit 18 de -

calcul du pouls du coeur d'une manière qui sera décrite plus loin. Ce qui revient à dire que le circuit 24 calcule la période minimale et la période maximale correspondant respectivement au pouls maximum et

au pouls minimum, estimés à partir du dernier pouls. La période mini-

male et la période maximale correspondent sensiblement à la période du signal de pulsation du coeur et elles indiquent les adresses dans la mémoire 6 de données. L'adresse X de la période minimale et l'adresse X cle la période maximale sont calculées, conformément aux équations suivantes, par le circuit 24 de fixation de l'intervalle de calcul. = 60x103 pouls maximum estimé + 1 fréquence d'échantillonnage X = 60 x 103 cm pouls minimum estimé + 1, fréquence d'échantillonnage

lorsque la mémoire 6 de données est adressée à partir de l'adresse 1.

Du point de vue du traitement en temps réel, cependant, il n'est pas particulièrement souhaitable d'échantillonner un signal de pulsation du coeur d'un foetus à une période uniformément constante

d'échantillonnage pendant toute la période du signal qui peut être com-

prise entre 300 et 1 500 millisecondes environ. La raison en est la sui-

vante. La fixation d'une période d'échantillonnage courte dans les limi-

tes d'un signal de pulsation du coeur qui peut présenter une courte pé-

riode, permet de détecter un ensemble important de données. Ceci est souhaitable en raison du fait qu'on obtient un degré élevé de précision de la mesure. Cependant, dans les limites d'un signal de pulsation du coeur qui peut comporter une longue période, la variation du signal en fonction du temps n'est pas particulièrement prononcée, de sorte qu'il n'y a sensiblement aucune diminution de la précision des données

de mesure, même lorsqu'on fixe la période d'échantillonnage longue.

En outre, dans le cas o, la période d'échantillonnage, dans les limites d'une période longue de signal de pulsation du coeur, est fixée de manière à être la même que dans les limites d'une période courte de signal

* de pulsation du coeur, on effectue une opération d'échantillonnage sensi-

blement inutile sur la quantité importante de données contenues dans les limites du signal présentant la période longue, signal qui ne change pas

avec une brusquerie particulière en fonction du temps. Cet échantillon-

nage inutile augmente considérablement le nombre de calculs dénués de sens et il constitue un obstacle important à la mesure en temps réel. De plus, dans certains cas, il peut provoquer une influence du bruit sur les mesures. En raison des considérations ci-dessus, outre la limitation de l'intervalle dans lequel est calculée la fonction d'autocorrélation, il est

également souhaitable de faire varier graduellement la période d'échan-

tillonnage conformément à la variation de période du signal de pulsation du coeur, comme le représente la figure 8, afin d'éliminer ainsi- les

calculs qui concernent des données dénuées de sens.

Il existe une autre raison pour faire varier graduellement la période d'échantillonnage en fonction de la variation de période du signal

de pulsation du coeur. En particulier, puisque la période est inverse-

ment proportionnelle au pouls, la période s'allongera, par exemple, si le pouls diminue. Puisque l'intervalle de temps correspondant à + 20

pulsations par minute varie également en fonction de la variation de pé-

riode du signal de pulsation du coeur, il est nécessaire de faire varier la période d'échantillonnage conformément à la variation de période du

signal de pulsation du coeur.

Pour être plus précis, l'intervalle le plus large possible de la période du signal de pulsation du coeur est divisé en plusieurs régions, et on détermine des périodes d'échantillonnage d'une longueur conforme à la longueur de la période du signal de pulsation du coeur dans chaque

région, les périodes d'échantillonnage correspondant à celles respecti-

ves des régions. Ceci revient à dire qu'une période d'échantillonnage courte est fixée dans une région de pouls élevé, c'est-à-dire dans une région o la période du signal de pulsation du coeur est courte, tandis qu'une période d'échantillonnage longue est fixée dans une région de pouls faible, c'est-à-dire dans une région oh la période du signal de pulsation

du coeur est longue.

On se reportera maintenant à la figure 8 qui représente les

périodes d'échantillonnage. Deux valeurs de seuil TH1, TH2 sont déter-

minées dans l'intervalle possible de la période du signal de pulsation du

coeur, divisant donc cet intervalle en trois régions 1, II et III. Les pé-

riodes d'échantillonnage sont fixées pour correspondre à chacune de ces régions, les périodes d'échantillonnage différant l'une de l'autre. Ce

qui revient à dire que les périodes d'échantillonnage varient graduelle-

ment en fonction de la variation de période du signal de pulsation du coeur. Les valeurs de seuil TH1, TH sont fixées respectivement à 600 millisecondes et 1 000 millisecondes, par exemple. Dans ce cas, par conséquent, les intervalles des trois régions seront les suivants de 300 à 600 millisecondes, de 600 à 1 000 millisecondes, et de 1 000

à 1 500 millisecondes.

Dans la région I de courte période, comprise entre 300 et 600 millisecondes, la variation du signal de pulsation du coeur en fonction

du temps est relativement importante. Par conséquent, afin de mainte-

nir un degré élevé de précision des résultats de la mesure, il faut adop-

ter une période d'échantillonnage courte. Dans la région II de période intermédiaire, comprise entre 600 et 1 000 millisecondes, la variation du signal en fonction du temps n'est pas aussi importante que dans la région I, de sorte que la période d'échantillonnage est fixée de manière à être plus longue que dans le cas de la région I. Dans la région III de

longue période, comprise entre 1 000 et 1 500 millisecondes, la varia-

tion du signal est la plus faible, de sorte que la période d'échantillon-

nage est fixée de manière à être la plus longue. En d'autres termes, les

régions de la période du signal sont déterminées graduellement en fonc-

tion de l'augmentation de la période du signal de pulsation du coeur, et la période d'échantillonnage est fixée de manière à etre successivement

plus longue en fonction de la période du signal.

Si on représente respectivement les périodes d'échantillon-

nage dans les régions I, II et III par les notations TS I,T TII et TS III,

les périodes d'échantilonnage seront alors reliées entre elles par l'iné-

galité suivante: Ts_I C TSII C TSIII La fixation des périodes d'échantillonnage TS I TS II et TSII

est différente selon la manière dont les régions I, II et III ont été divi-

sées. Dans le cas o ces régions ont été fixées respectivement dans les

intervalles compris entre 300 et 600 millisecondes, 600 et 1 000 millise-

condes, et 1 000 et 1 500-millisecondes comme on l'a mentionné ci-

dessus, les périodes d'échantillonnage TS I PT et T peuvent alors être fixées respectivement à 5 millisecondes, 7, 5 millisecondes

et 11, 25 millisecondes.

Dans le cas du passage d'une région à l'autre, les données d'échantillonnage obtenues à partir des mesures dans l'ancienne région, peuvent être utilisées après avoir été modifiées en données de période

correspondant à la période d'échantillonnage fixée dans la nouvelle ré-

gion. Afin de faciliter dans ce cas cette opération de modification, le rythme de modification de la période d'échantillonnage entre régions mutuellement contiguës devrait se faire dans un rapport constant. Un rapport constant particulièrement préféré est celui qui est exprimé par

les fractions telles que 3/2, 4/3, etc...

Le nombre de périodes pendant lesquelles la période d'échan-

tillonnage est modifiée, peut être fixé de manière arbitraire mais une augmentation sans discernement de ce nombre ne peut conduire qu'à une plus grande complexité et elle est donc peu souhaitable. Le nombre des régions doit être fixé à une valeur appropriée, telle que le nombre trois

utilisé dans le présent exemple de réalisation, après que l'on a considé-

ré l'objet de la mesure, la précision et l'augmentation de la vitesse de

calcul.

Conformément au présent exemple de réalisation de la figure 6,

un circuit 28 de fixation de la région est prévu pour diviser en trois ré-

gions l'intervalle complet de la période du signal de pulsation du coeur,

et pour passer d'une région à l'autre de manière appropriée conformé-

ment aux variations de période du signal de pulsation du coeur. Le cir-

cuit 28 de fixation de la région est connecté au circuit 20 de commande,

au circuit 4 d'échantillonnage et au circuit 16 de calcul de période.

Le circuit 28 de fixation de la région effectue le changement

de région lorsqu'il reçoit du circuit 20 de commande un signal d'instruc-

tion de changement. Le circuit de commande reçoit du circuit 18 de cal-

cul du pouls un signal indiquant le pouls, calcule la période de pulsation du coeur correspondant à ce pouls, et produit un signal d'information de la région appartenant à la période de pulsation du coeur. Par conséquent, lorsque la période calculée du signal de pulsation du coeur est supérieure à l'intervalle de période dans la région fixée à ce moment-là, le circuit de commande envoie au circuit 28 de fixation de la région un signal

indiquant la nouvelle région de l'intervalle de période à laquelle appar-

tient la période du signal de pulsation du coeur. Par exemple dans le cas o-la région I, dans laquelle la période est comprise entre 300 et 600 millisecondes, a été fixée, et lorsque la mesure est effectuée dans la région I, on supposera que la période du signal de pulsation du coeur, qui correspond au pouls indiqué par le signal venant du circuit 18 de

calcul du pouls, passe de 590 à 610 millisecondes. Dans ce cas, le cir-

cuit de commande produit un signal d'instruction demandant le passage de la région I de mesure dans laquelle la période d'échantillonnage est, par exemple, de 5 millisecondes, à la région II dans laquelle l'intervalle

de la période est compris, par exemple, entre 600 et 1 000 millisecondes.

Le circuit 28 de fixation de la région reçoit ce signal et envoie un signal

de modification de la période d'échantillonnage au circuit 4 d'échantillon-

nage qui répond en passant à la période d'échantillonnage telle que 7, 5 millisecondes, préréglée dans la région II. Ainsi, lorsque la période

correspondant au pouls mesuré dépasse l'intervalle de période prédé-

terminé dans une région fixée, il se produit un passage de cette région à une autre, de sorte que la période d'échantillonnage passe à celle qui

est préréglée dans la nouvelle région.

Le circuit 28 de fixation de la région envoie au circuit 16 de

calcul de période un signal indiquant la période d'échantillonnage déter-

minée pour la région fixée. Le circuit 16 de calcul de période calcule

une période T à partir de la variable de déphasage fixée par le cir-

cuit 24 de fixation de l'intervalle de calcul, de la période d'échantillon-

nage TS c et d'une adresse Ap (non représentée) dans la mémoire 12 de corrélation, adresse qui stocke la valeur de pointe qui a été envoyée par

le détecteur 14 de pointes. L'opération effectuée par le circuit 16 de cal-

cul de période peut s'exprimer par l'équation suivante: T = xxTS + (Ap 1) x TS..... (4)

dans cette équation, Z1 est la valeur minimale de la variable de déphasa-

ge dans l'intervalle dans lequel est effectué le calcul de la fonction d'auto-

corrélation, Ap représente l'adresse à laquelle sont stockées les données

de pointe dans la mémoire 12 de corrélation, et TS est la période d'échan-

tillonnage. L'adressage de la mémoire de corrélation commence à partir

du nombre 1.

Plus précisément, la variable de déphasage fixée par le cir-

cuit 24 de fixation de l'intervalle de calcul peut s'exprimer en temps réel par l'équation T, = '21 x (fréquence d'échantillonnage). A titre d'exemple,

si l'adresse de l'emplacement de stockage, dans la mémoire de corréla-

tion, de la valeur de pointe qui est fournie par le détecteur 14 de pointes, est M4 comme le représente la figure 7, la période T à ce momentlà sera T =(T1 + 3)x (fréquence d'échantillonnage), comme le montre clairement la figure 7. Un calcul de ce genre est effectué par le circuit 16 de calcul

de période afin d'obtenir la période de la pulsation du coeur.

Au moment de -la mise en route de l'appareil utilisant le système de mesure de période qui fait l'objet de la présente invention, le circuit

24 de fixation de l'intervalle de calcul mesure un pouls qui sert de réfé-

rence. La valeur initiale est obtenue en allongeant la période TS d'échan-

tillonnage et en calculant la fonction d'autocorrélation dans l'intervalle

complet de période compris entre 300 et 1 500 millisecondes. La préci-

sion de la valeur initiale obtenue par ce procédé de mesure, est faible

mais elle est suffisante pour une valeur initiale.

Conformément à la présente invention décrite ci-dessus, le

calcul d'une fonction d'autocorrélation dans la mesure d'un signal de pul-

sation du coeur, est réglé de telle sorte que ce calcul est effectué dans un intervalle qui influence sensiblement la période à calculer, tel

qu'un intervalle de temps correspondant au dernier pouls + 20 pulsa-

un tions par minute. Le résultat est/système de mesure de période dans

lequel il n'y a sensiblement aucune diminution de la précision des don-

nées de calcul, et dans lequel le traitement peut s'effectuer sensiblement en temps réel, sans prolongation excessive et inutile du temps de calcul du fait de l'échantillonnage d'une quantité importante de données

sensiblement dénuées de sens.

En outre, conformément à la présente invention, la période TS d'échantillonnage s'allonge en même temps que la période de pulsation

du coeur, de sorte qu'un nombre moins grand de données sont introdui-

tes dans la mémoire 6 de données. De plus, le nombre de calculs possi-

bles (le nombre de variables de déphasage 2l à tU) pour obtenir la 1 m fonction d'autocorrélation, entre un échantillonnage et l'échantillonnage suivant, est limité par le temps qui peut être utilisé pour effectuer les calculs et qui dépend de la période d'échantillonnage. Par conséquent,

si on suppose que la période d'échantillonnage est multipliée par L, l'in-

tervalle maximum de calcul de la fonction d'autocorrélation sera égal à

(multiple de la période d'échantillonnage) x (multiple du nombre de cal-

culs qui peuvent être effectués pendant la période d'échantillonnage). Il

est bien entendu, d'après la description qui précède, que chacun de

ces facteurs est égal à L, de sorte que la valeur maximale de la variable de déphasage qui peut être calculée est approximativement augmentée de

L fois.

Enfin, en plus de la limitation de l'intervalle dans lequel est calculée la fonction d'autocorrélation, le système qui fait l'objet de la présente invention fait varier la période d'échantillonnage conformément

à la variation de période du signal de la pulsation du coeur, ce qui per-

met de raccourcir de manière importante le temps de calcul sans dimi-

nution sensible de la précision des données. En outre, en faisant varier graduellement la période d'échantillonnage dans un rapport constant, les données anciennes peuvent être revues et ensuite utilisées telles quelles comme des données nouvelles, ce qui rend possibles la mesure continue

et l'exécution du traitement en temps réel.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réa-

lisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible

de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système de mesure de période, caractérisé en ce qu'il com-

prend un moyen pour échantillonner un signal de pulsation du coeur sui-

vant une période prédéterminée d'échantillonnage; un moyen pour cal-

culer la fonction d'autocorrélation dans un intervalle prédéterminé du signal de pulsation du coeur à l'aide des données échantillonnées de ce signal de pulsation du coeur; et un moyen pour calculer la période du signal de pulsation du coeur à partir de la fonction d'autocorrélation calculée; la commande étant effectuée de telle manière que la fonction

d'autocorrélation est calculée pour des valeurs d'une variable de dépha-

sage dans un intervalle formé par la période minimale et la période ma-

ximale d'une pulsation correspondant respectivement au pouls maximum et au pouls minimum, estimés à partir du dernier pouls obtenu d'une

précédente mesure.

2. Système de mesure de période suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la commande est effectuée de telle manière que la fonction d'autocorrélation est calculée pour une valeur de la variable de déphasage dans un intervalle formé par la période correspondant au

pouls obtenu en soustrayant du dernier pouls 10 à 20 pulsations par mi-

nute, et par la période correspondant au pouls obtenu en ajoutant au dit

dernier pouls 10 à 20 pulsations par minute.

3. Système de mesure de période suivant la revendication 1,

caractérisé en ce que la période d'échantillonnage du moyen d'échantillon-

nage est modifiée pour se conformer à la variation de période du signal

de pulsation du coeur.

4. Système de mesure de période suivant la revendication 3,

caractérisé en ce que le rythme de modification entre périodes d'échan-

tillonnage mutuellement contiguës qui varient graduellement les unes par

rapport aux autres, est un rapport fixe.

5. Système de mesure de période, caractérisé en ce qu'il com-

prend un moyen pour échantillonner un biosignal suivant une période pré-

déterminée d'échantillonnage; un moyen pour calculer la fonction d'auto-

corrélation du biosignal à l'aide des données échantillonnées du biosignal fournies par le moyen d'échantillonnage; et un moyen pour calculer la période du biosignal à partir de la fonction d'autocorrélation calculée;

le rythme de modification-de la période d'échantillonnage du moyen d'échan-

tillonnage étant sélectionné de manière graduelle conformément à l'inter-

valle de la période du biosignal calculée par le moyen de calcul de pério-

de.

6. Système de mesure de période suivant la revendication 5, ca-

ractérisé en ce qu'un rapport fixe est maintenu entre la période d'échan-

tillonnage sélectionnée dans chaque région et la période d'échantillonnage

dans chacune des régions mutuellement contiguës.