FR2511594A1 - Dispositif de controle du pouls - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE CONTROLE DU POULS. CE DISPOSITIF PERMET A UNE PERSONNE 12 EFFECTUANT UN EXERCICE PHYSIQUE DE DOSER SON EFFORT D'APRES LE POULS. CE DERNIER EST DETECTE AU MOYEN D'UN ELEMENT 14 FIXE SUR UNE PARTIE DU CORPS VASCULARISEE, PAR EXEMPLE UNE OREILLE. LE SIGNAL PRODUIT PAR L'ELEMENT 14 EST TRANSMIS PAR UN CABLE 20 A UN ELEMENT 18 DE TRAITEMENT DE SIGNAUX QUI PEUT COMPORTER UN ELEMENT D'AFFICHAGE INDIQUANT LE POULS ET DES ELEMENTS VISUELS ET SONORES D'AVERTISSEMENT PERMETTANT A L'UTILISATEUR 12 DE SAVOIR S'IL PRODUIT UN EFFORT TROP IMPORTANT OU TROP FAIBLE. DOMAINE D'APPLICATION: PRATIQUE D'EFFORTS PHYSIQUES PAR DES MALADES DU COEUR, DES SPORTIFS, ETC.

Description

L'invention concerne les dispositifs de contrôle des pulsations du sang, et plus particulièrement des dispositifs de contrôle qui détectent des variations du volume du sang au moyen de sources de lumière et de capteurs en contact avec la surface de la peau.

Il est de plus en plus admis que les personnes en bonne santé et celles malades du coeur doivent pratiquer des exercices appropriés et adaptés. En se basant sur ces connaissances nouvelles, les cardiologues, les internes, les généralistes et autres médecins prescrivent des exercices aux personnes en bonne santé ainsi qu'à celles ayant des problèmes cardiaques. De plus, le public, dans sa majorité, réagit en participant à des programmes d'exercices individuels tels que le tennis, la bicyclette, la course à pied, etc. Ceci correspond à une tendance importante s'éloignant des modes d'exercices classiques lorsque ces derniers étaient pratiqués jusqu'à présent, en grande partie, par des amateurs assidus ou des professionnels.

Ainsi, les exercices étaient pratiqués jusqu'à présent, en grande partie, d'une façon planifiée et surveillée, ce qui permettait de déterminer le niveau de ces exercices.

Même en présence d'un tel contrôle, les physiologistes prescrivant des exercices considèrent à présent qu'un meilleur contrôle des exercices effectués par les amateurs et les professionnels permet d'accroitre considérablement les résultats à brève échéance. Ainsi, des méthodes de contrôle commencent à être utilisées pour des programmes d'exercices organisés. Un tel contrôle peut être obtenu sur la base d'éléments internes physiologiques normaux d'indication tels que la fatigue, ou bien sur la base d'instruments externes contrôlant le pouls.

Les indications de fatigue sont en général appropriées pour empêcher le pratiquant de se blesser. Cependant, elles n'assurent pas l'exécution d'exercices à des intensités ou des niveaux appropriés, ce qui est le but principal du programme. Ceci est dû au fait que la personne peut produire trop d'efforts au début de la séance, et se trouve donc incapable de prolonger ses efforts assez longtemps pour que l'exercice soit efficace ; la personne peut également produire des efforts insuffisants, mais les symptômes de fatigue résultant de l'exercice peuvent devenir si désagréables qu'ils provoquent un découragement conduisant à l'abandon. Enfin, le niveau de l'effort demandé pour effectuer un exercice convenable tend à varier avec des facteurs tels que la condition physique générale, le niveau de fatigue, la température et l'humidité ambiantes et l'état émotionnel.Le contrôle du rythme du pouls s'est avéré un moyen efficace pour contrôler le bien-fondé d'un programme d'exercices.

La plupart des instruments actuellement disponibles sur le marché pour le contrôle du rythme du pouls détectent les battements cardiaques en captant des signaux électriques provenant du coeur (électrocardiogramme). En pratique, il est apparu que l'utilité de ces dispositifs est affectée par plusieurs inconvénients graves. En effet, tous ces dispositifs exigent un bon contact électrique entre le corps et l'instrument pour un contrôle fiable et continu des signaux électrocardiographiques. En outre, des techniques électrocardiographiques assurant un bon contact électrique exigent de changer périodiquement les électrodes du corps. Ces électrodes peuvent# également provoquer de graves irritations de la peau. Bien que possibles, les techniques électrocardiographiques ambulatoires sont difficiles à mettre en oeuvre sur des personnes obèses et des femmes à la poitrine tombante.Un montage à électrode unique, tel qu'utilisé pour le contrôle d'exercices, ne convient pas à toutes les personnes en raison de différences d'orientation de l'axe électrique du coeur, en particulier dans le cas de personnes ayant souffert d'une attaque cardiaque, Enfin, l'utilisation des techniques électrocardiographiques sous des climats froids peut être incommode en raison de problèmes d'habillage. Du fait des inconvénients des techniques électrocardiographiques, de nouvelles techniques de contrôle du rythme des pulsations ou du pouls sont nécessaires.

Récemment, il est apparu qu'un contrôle du pouls par la mise en oeuvre de techniques de détection par la lumière constitue une solution simple et précise pour ce problème. Cependant, les dispositifs commercialisés et basés sur ce procédé ne sont pas fiables en raison de problèmes posés par les limites de la technologie des capteurs, en particulier ceux dus à la lumière ambiante, aux mouvements fictifs et surtout au comportement inégal des capteurs. Par conséquent, on a observé que ces dispositifs fonctionnaient de manière irrégulière sur certaines personnes et ne fonctionnaient pas du tout sur d'autres personnes. L'utilisation d'une lumière infrarouge plutôt que d'une lumière visible résout certains de ces problèmes.

La peau est relativement transparente aux infrarouges et, par conséquent, des variations du volume sanguin en fonction du rythme du pouls peuvent être contrôlées plus aisément. Cependant, les problèmes fondamentaux posés par ces dispositifs subsistent. L'invention est conçue pour résoudre ces problèmes et pour offrir un instrument plus fiable et moins coûteux pour la mesure dynamique du pouls par un utilisateur ou une personne exerçant une profession médicale.

Le principe utilisé dans la présente invention est celui du contrôle des variations périodiques du volume de sang superficiel dans et sous la peau en fonction des variations de la pression du sang, et de la mise en corrélation de ces variations avec le pouls. La technique particulière consiste à produire une tension oscillante à l'aide d'un capteur qui détecte un rayonnement infrarouge ayant traversé un appendice du corps tel qu'une oreille, ou bien ayant été réfléchi par cet appendice.

L'intensité du rayonnement observé est une fonction des variations du volume de sang qui, elles-mêmes, sont en relation avec des variations régulières de la pression du sang entre les états systoliques et diastoliques, au début et à la fin de chaque cycle. Par suite de cette variation régulière, le signal de sortie du capteur peut être soit utilisé comme une représentation analogique de l'onde de pression du sang, soit converti en une série d'impulsions correspondant chacune à un battement cardiaque. Ces impulsions peuvent être synchronisées par une logique convenable de manière qu'il soit possible de calculer un rythme exprimé en pulsations/minute. Ce rythme peut lui-même être affiché soit sous une forme analogique sur un instrument de mesure, soit sous une forme numérique.

L'invention présente des caractéristiques ou des particularités qui sont conçues spécifiquement pour minimiser ou éliminer les trois inconvénients des dispositifs actuels de contrôle du pouls par la lumière, à savoir les effets de la lumière ambiante, des mouvements fictifs et du comportement irrégulier. Les mesures prises pour éliminer ces inconvénients ne s'excluent pas mutuellement, mais sont mieux comprises lorsqu'elles sont expliquées indépendamment les unes des autres.

On empêche les sources extérieures de lumière, risquant d'atteindre le détecteur et d'en provoquer un fonctionnement inopiné, d'arriver au détecteur en maintenant le photodétecteur et la source de lumière en contact intime avec le corps. Ceci tend à former un circuit étanche à la lumière entre l'émetteur (source) et le détecteur.

Pour améliorer encore la sensibilité, la zone de l'ensemble émetteur/détecteur est entourée d'un écran qui 'empêche tous les rayons lumineux, sauf les rayons tangentiels, d'arriver au circuit émetteur/détecteur. On utilise partout des revêtements et des peintures qui absorbent plutôt que réfléchissent l'énergie comprise dans le spectre de lumière visible ou de lumière infrarouge.

L'ensemble, constitué-de matériaux légers, est d'une masse réduite, ce qui tend à éliminer ou atténuer les mouvements fictifs. Les connexions entre les éléments sont réalisées par de minces fils conducteurs flexibles et protégés des contraintes, afin de minimiser les tractions et de réduire davantage les mouvements fictifs ou parasites.

Les irrégularités présentées par le comportement des capteurs d'une personne à une autre et à des moments différents sur une même personne sont considérablement minimisées ou supprimées par les cinq caractéristiques suivantes de conception. Premièrement, l'utilisation de deux sources de lumière, une pour l'émission et l'autre pour la réflexion, améliore le niveau du signal sur toutes les personnes, mais réduit également l'étalement des niveaux des signaux d'une personne à une autre et d'un jour à l'autre sur la même personne. Deuxièmement, l'utilisation d'une source de lumière pulsée accroit le niveau du signal et réduit donc les effets des sources lumineuses extérieures. Elle a également un effet bénéfique sur la durée de vie des piles.Troisièmement, le niveau optimal du signal est obtenu par réglage de la pression appliquée par les deux côtés de l'élément sensible/ détecteur au corps, au point de contact. L'effet est de permettre une bonne circulation du sang dans la zone des éléments actifs et, simultanément, de maintenir un bon contact pour l'étanchéité à la lumière. Quatrièmement, d'autres améliorations du niveau des signaux sont obtenues dans le circuit électronique en limitant les réponses à basse fréquence et à haute fréquence afin de réduire les bruits et les mouvements parasites. Enfin, un contrôle automatique de gain empêche les bruits et les mouvements parasites d'être détectés comme signaux de rythme lorsqu'un comparateur de tension est utilisé pour la mise en forme d'ondes. Ceci évite d'avoir à procéder à un réglage manuel difficile.

L'utilité de ce dispositif est encore augmentée par l'utilisation d'un signal visuel du pouls qui assure l'utilisateur de la détection d'une pulsation lorsque le capteur est fixé et qui indique également que les mouvements parasites ne gênent pas le fonctionnement du capteur. En outre, des signaux d'avertissement peuvent être produits pour permettre à l'utilisateur de prérégler des limites supérieure et inférieure du rythme du pouls qui, lorsqu'elles sont dépassées, déclenchent une alarme sonore avertissant l'utilisateur d'un risque d'effort cardiaque dangereux lors de rythmes élevés, et d'un niveau d'activité ne convenant pas aux rythmes faibles du pouls.

L'invention a donc pour objet un dispositif de contrôle du rythme du pouls, comprenant un ensemble de détection et un boîtier électronique. Ce dispositif est de construction simplifiée, léger et autonome, de sorte qu'il peut être porté aisément et sans gêne par une personne pratiquant un exercice.

Le dispositif de contrôle du rythme du pouls selon l'invention présente de nouvelles caractéristiques de construction et de montage qui minimisent les mouvements parasites provoquant normalement des lectures erronées.

Le dispositif selon l'invention comporte un ensemble à capteur et boîtier électrique présentant des caractéristiques nouvelles qui améliorent la précision de la lecture du rythme du pouls, l'ensemble comprenant un détecteur qui comporte au moins deux sources de lumière, une pour la lumière de réflexion et l'autre pour la lumière de transmission. La source de lumière est pulsée, ce qui améliore le niveau du signal. L'ensemble à détecteur comprend un élément qui règle sélectivement la pression sous laquelle les têtes du détecteur sont appliquées contre des zones du corps, afin de permettre un écoulement convenable du-sang dans la région des éléments actifs des têtes du détecteur et de maintenir simultanément une bonne conduction de la lumière. Un filtre passe-bande, faisant partie du circuit électronique logé dans le boîtier, limite les bruits et les mouvements parasites.Le dispositif de contrôle selon l'invention est particulièrement adapté à une utilisation avec un rayonnement infrarouge et il peut néanmoins être aisément modifié pour utiliser de la lumière visible.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels
la figure 1 est une vue en perspective montrant l'utilisation du dispositif selon l'invention
La figure 2 est une vue en perspective rapprochée d'une personne pratiquant un exercice et portant des lunettes, ainsi que l'ensemble à détecteur du dispositif selon l'invention, qui est placé sur l'oreille de llutilisateur, et une pince fixant le câble à la monture des lunettes;
La figure 3 est une élévation montrant des détails de la structure de l'ensemble à détecteur;
La figure 4 est une coupe partielle de l'ensemble à détecteur, suivant la ligne 4 - 4 de la figure 3.

La figure 5 est une coupe partielle de l'ensemble à détecteur, suivant la ligne 5 - 5 de la figure 3;
La figure 6 est un schéma du circuit des éléments d'émission et de détection de l'ensemble à détecteur;
La figure 7 est un schéma simplifié du détecteur et de l'ensemble électronique du dispositif selon l'invention ;
La figure 8 est un schéma détaillé du circuit d'alimentation en énergie
La figure 9 est un schéma détaillé de la partie analogique du détecteur et du boîtier électronique ; et
La figure 10 est un schéma détaillé de la partie sonore, de la partie de limitation et de la partie numérique du boîtier électronique.

La figure 1 représente un exemple typique d'utilisation du dispositif selon l'invention par un pratiquant 12. Le dispositif de contrôle du pouls comprend un ensemble 14 à détecteur et un ensemble 18 à boîtier électronique reliés par un mince câble flexible 20, protégé des contraintes et disposé entre les ensembles à détecteur et à boîtier électronique. Le dispositif, qui ne pèse en tout que quelques dizaines de grammes, est alimenté par de petites piles et est en général porté par le sujet, ou bien fixé à l'appareil d'exercices. En utilisation normale, le rythme du pouls est indiqué automatiquement sans mises au point ou réglages préalables.

Comme représenté, l'ensemble 14 à détecteur est fixé à une oreille 16 du pratiquant et l'ensemble 18 à boîtier électronique est fixé à sa ceinture. Le mode de fixation de l'ensemble 14 à détecteur à l'oreille est montré en détail sur la figure 2. Une pince 22, proche de l'extrémité du câble 20, est fixée à une branche 24 d'une paire de lunettes portée par le pratiquant. La fixation peut également être réalisée simplement sur un bandeau passé sur la tête, sur un chapeau ou sur tout autre article d'habillement ou d'équipement porté par le pratiquant. La boucle formée par le câble 20 entre l'ensemble à détecteur et la pince 22 sert à isoler l'ensemble 14 à détecteur des contraintes physiques exercées par la masse totale du câble 20, de telles contraintes, si elles ne sont pas éliminées, tendant à modifier les positions relatives de l'oreille et du détecteur. Une telle modification peut affecter les signaux et conduire å des valeurs incorrectes de rythme du pouls.

L'ensemble 14 à détecteur est représenté comme étant fixé à la partie supérieure de l'oreille 16. Bien que le dispositif fonctionne également bien lorsqu'il est fixé au lobe ou à tout autre appendice tel qu'une aile du nez ou à la partie comprise entre le pouce et l'index de la main, la position montrée a pour avantage une grande commodité, un bon niveau de signal et l'utilisation d'un tissu rigide.

Tous ces facteurs tendent à améliorer le fonctionnement du détecteur. En fonctionnement normal, l'ensemble 14 à détecteur étant fixé à une oreille du pratiquant ou du sujet et le dispositif étant en marché, le trajet de la lumière entre l'émetteur et le détecteur est modulé par la circulation pulsatoire du sang dans l'oreille. Le signal est conduit par le câble 20 à l'ensemble 18 à boîtier électronique où il est amplifié, filtré, converti en nombres numériques et affiché sur un visuel. Un réglage de signaux sonores correspondant à des rythmes haut et bas du pouls peut être effectué pour avertir le pratiquant du dépassement de certaines limites.

La construction physique de L'ensemble 14 à détecteur est montrée en détail sur les figures 3, 4 et 5.

Le circuit électrique est représenté sur la figure 6. La figure 3 représente de côté l'ensemble à détecteur. Une plaque 40 d'écran à la lumière et une plaque 50 de détection constituent les deux pièces principales du détecteur.

Ces deux plaques contiennent des émetteurs 44a, 44b placés dans des boîtiers 46a et 46b, respectivement, alors que seule la plaque 50 de détection contient un détecteur 52 logé dans un boîtier 46c. Dans la forme de réalisation décrite, le détecteur 52 peut être un photodétecteur destiné à détecter la lumière réfléchie ou transmise par les émetteurs. Les deux plaques peuvent pivoter sur un boulon 32. Comme montré sur la figure 4, une patte 34, située à l'extrémité d'un ressort 36 qui est disposé autour et le long du boulon 32, exerce une tension qui maintient les deux plaques 40 et 50 de l'ensemble à détecteur en position normale de fermeture. Le ressort est bloqué en position par un écrou 37.La disposition physique et la présence du ressort ont pour effet de placer les émetteurs et les détecteurs à proximité les uns des autres, sous une action de serrage suffisante, produite par le ressort, pour empêcher l'ensemble à détecteur de se déplacer lorsqu'il est posé sur une oreille de l'utilisateur, par exemple. Cependant, la pression appliquée n'est pas assez grande pour modifier sensiblement la circulation normale du sang. L'écran de lumière empêche toute lumière ambiante extérieure de pénétrer dans le détecteur 52.

La figure 4 représente en détail la plaque 40 d'écran à la lumière. Cet écran se présente sous la forme d'une plaque relativement grande qui, comme montré sur les figures 1 et 2,s'ajuste sur le côté extérieur de l'oreille du sujet. Un petit boîtier 46a, approximativement centré dans la plaque 40 d'écran à la lumière, contient une diode 44a émettant des infrarouges et s'ajustant physiquement contre la face extérieure de l'oreille 16. Les boîtiers 46a, 46b et 46c représentés sur la figure 3 présentent des faces courbes ou incurvées opposées, de manière que la peau épouse la forme de ces boîtiers en établissant un bon contact au point concerné, à savoir la zone de peau sur laquelle on Souhaite contrôler la circulation du sang.Le boîtier 46a, qui contient la diode 44a à rayons infrarouges ainsi que des conducteurs 20a et 20b, est fixée à la plaque 40 d'écran à la lumière de manière que les conducteurs se placent dans une rainure 48 en forme de canal, formes dans une saillie de la plaque d'écran à la lumière.

La figure 5 représente en détail la plaque 50 du détecteur. Elle comprend une pièce essentiellement rectangulaire, montée de manière à pouvoir tourner sur la pince 30 afin de s'ajuster à l'intérieur de l'oreille 16. Deux boîtiers courbes, orientés face à face et disposés côte à côte, sont fixés à l'extrémité supérieure. Un premier boîtier 46b contient une seconde diode 44b à rayons infrarouges et l'autre boîtier 46c contient un petit détecteur d'infrarouges 52. Des conducteurs 20c, 20b et 20e sont logés dans une rainure en forme de canal réalisée dans une saillie de la plaque 50 de détection.

Comme montré sur la figure 6, les deux émetteurs à diodes à rayons infrarouges sont montés en série, mais ils ne sont pas directement opposés l'un à l'autre. Ces émetteurs sont plutôt légèrement décalés l'un de l'autre, l'émetteur extérieur 44a étant dirigé vers le détecteur 52 et situé sensiblement sur l'axe passant à mi-distance entre cet émetteur et le détecteur 52. Ceci a pour résultat net de produire une variation de signal aussi grande que possible à la fois par réflexion et transmission d'une quantité maximale de lumière pendant la diastole et d'une quantité minimale de lumière pendant la systole. Ainsi, la sensibilité globale du dispositif est notablement accrue et le comportement irrégulier des dispositifs antérieurs est pratiquement éliminé.

Pour maintenir à des valeurs aussi faibles que possible la masse et le moment d'inertie de l'ensemble à détecteur autour du point de contact avec l'oreille, toutes les pièces sont communément réalisées en aluminium ou en tout autre matériau léger, ce qui réduit les mouvements parasites dus à l'inertie des masses. Etant donné que les éléments électriques du détecteur fonctionnent sous basse tension et à faible puissance, des fils conducteurs de faible diamètre peuvent être utilisés en tous points. Pour empêcher ou réduire la'arrivée de la lumière de sources extérieures au détecteur 52, toutes les pièces passives sont généralement peintes en noir afin d'absorber les rayons lumineux.

Le schéma simplifié de la figure 7 représente des éléments exécutant certaines fonctions qui permettent de mieux comprendre la construction de l'ensemble du dispositif et son fonctionnement, ce dispositif comprenant, comme décrit précédemment, l'ensemble 14 à détecteur, l'ensemble 18 à boîtier électronique et le câble 20 d'interconnection.

En fonctionnement normal, le rythme du pouls du sujet est détecté par la modulation du trajet de la lumière entre les émetteurs et les détecteurs sous l'effet de L wrciE- tion pulsatoire du sang. Le signal modulé qui en résulte est traité et utilisé pour produire des signaux de sortie analogiques, numériques et sonores concernant le rythme du pouls du sujet. Bien que les circuits de traitement, considérés séparément, puissent apparaître comme utilisant des moyens relativement classiques de traitement des signaux, la conception d'ensemble réalise une synthèse de ces circuits pour former un dispositif qui utilise un nouveau procédé pour produire un signal du rythme du pouls très tolérant vis-à-vis des sources extérieures de parasites.

Les figures 7 et 8 représentent une source 70 d'alimentation en énergie, commune à tous les circuits.

La source d'alimentation est généralement constituée de deux piles rechargeables au nickel-cadmium de 1,2 volt de taille AA. Cette source délivre quatre tensions continues de sortie, à savoir 9,5 volts, + 9 volts, 5,5 volts, 4,5 volts, demandées par les divers circuits intégrés.

Pour prolonger la durée de vie des piles, on peut utiliser, lorsque cela est possible, des amplificateurs opérationnels à transistors à effet de champ en entrée et transistors bipolai- res à effet de champ en sortie de fable puissance, etdes circuits intégrés à semi-conducteur oxyde-métal à symétrie complémentaire. Les piles au nickel-cadmium sont également rechargeables et la source 70 d'alimentation comporte une prise J1 à laquelle peut être connecté un dispositif commercialisé de charge de piles AA. L'utilisation de ce dispositif est facilité par la présence d'un commutateur unipolaire à deux directions S1 qui, en position arrêt", positionne le circuit pour la charge des piles.

Comme montré schématiquement sur la figure 7, les émetteurs 44a et 44b de l'ensemble 14 à détecteur sont échantillonnés par un modulateur 102. Le train d'impulsions ainsi produit est lui-même modulé par la fréquence relativement basse correspondant au rythme du pouls du sujet. Ce signal complexe est détecté par un détecteur 104 et transmis à un amplificateur/inverseur passe-bas 106. Ce dernier a pour fonction de supprimer le signal de faible niveau et de fréquence relativement basse de la forme d'onde de fréquence beaucoup plus haute.

Un élément 108 de contrôle automatique de gain évite au sujet d'avoir à procéder à des interventions manuelles.

Le traitement final du signal convertit le signal du pouls en une onde carrée d'amplitude constante au moyen d'un comparateur 112. Ce signal est ensuite converti en une tension continue analogique par un convertisseur fréquence/tension 114 qui est démultiplié de manière que le signal de sortie corresponde au rythme du pouls. Cette valeur peut être affichée sur un milliampèremètre classique 116 de 0 à 1 mA. Ce signal et un signal auxiliaire provenant du convertisseur fréquence/tension 114 peuvent être utilisés pour la commande de l'affichage numérique du rythme du pouls, d'une alarme 300 de dépassement de limite haute/basse comme montré sur la figure 7, ou d'une lampe clignotant au rythme du pouls du pratiquant.

L'ensemble à détecteur et le dispositif ayant été décrits, la description portera à présent en détail sur le circuit de ce dispositif.

Les deux diodes 44 à rayonnement infrarouge et le détecteur 52 fonctionnent sous une tension continue commune d'alimentation de + 9 volts qui, dans la forme préférée de réalisation, est fournie par une source d'alimentation à pile (comme montré sur la figure 8). Cette tension est appliquée à un conducteur 20c qui aboutit à la diode située sur le côté intérieur. Cette même tension est ensuite transmise par un conducteur 20b à la diode extérieure montée en série. La circulation du courant sous la tension de 9 volts est déclenchée et arrêtée par un signal d'une fréquence de 200 hertz, arrivant par un conducteur 20a du modulateur 102, comme montré sur les figures 7 et 9. La fonction de ce dernier sera décrite ci-après.

La tension + 9 volts est en outre appliquée au détecteur 52 par une connection volante intérieure 20d, comme montré sur la figure 5. Le signal de sortie du détecteur, comme indiqué précédemment, est une tension continue oscillante dont l'oscillation du rythme du pouls, correspondant aux battements cardiaques à basse fréquence, est superposée au signal oscillant de sortie, de fréquence beaucoup plus élevée, produit par l'allumage et l'extinction des diodes 44 à rayonnement infrarouge. Le résultat ainsi produit est tout à fait analogue à une onde porteuse modulée dans un circuit radiophonique. Ce signal modulé de sortie est transmis par un conducteur 20e à un circuit logique analogique 100 représenté schématiquement sur la figure 7 et plus en détail sur la figure 9.

La figure 7 est un schéma simplifié du circuit du module 18 qui comprend une partie analogique, une partie logique, une partie numérique de sortie et une partie produisant une alarme sonore. Cette figure est à considérer conjointement avec les figures 9 et 10 qui représentent en détail le circuit.

La source d'alimentation 70, montrée sur les figures 7 et 8, est commune à tous les sous-ensembles.

Dans la forme préférée de réalisation, elle comprend deux piles B1 au nickel-cadmium de 1,2 volt , du type AA, qui coopèrent avec un régulateur de puissance ICI et un amplificateur opérationnel IC2 pour produire les tensions continues de sortie de + 4,5 , + 5,5 , + 9 et + 9,5 volts, exigées par les divers circuits intégrés.

Pour prolonger la durée de vie des piles, on utilise dans la mesure du possible des amplificateurs opérationnels à transistors à effet de champ en entrée et transistors bipolaires à effet de champ en sortie, de faible puissance, et des circuits intégrés à semi-conducteur oxyde-métal à symétrie complémentaire. Les piles au nickel-cadmium sont également rechargeables et la source 70 d'alimentation comporte une prise J1 à laquelle un dispositif commercialisé BCI de charge de piles AA peut être connecté. L'utilisation de ce dispositif est facilitée par la présence du commutateur unipolaire à deux directions S1 qui, dans la position "arrêt", établit lecircuit de charge des piles.

Comme représenté sur les figures 7 et 9, il apparaît que le sous-ensemble logique analogique 100 comprend le circuit de base de traitement de signaux commun à toutes les formes de réalisation de l'invention.

Comme représenté, ce circuit comprend un oscillateur/modulateur astable 102 qui commande les diodes 44a et 44b émettant un rayonnement infrarouge, à une fréquence de 200 hertz, de la manière décrite précédemment. Le signal de sortie est une onde carrée asymétrique ayant des impulsions d'une largeur d'environ 50 microsecondes.

Le signal de sortie du modulateur 102 est également utilisé pour commander le transistor Q3 à effet de champ de canal P dans le détecteur 104. Une diode D3 est polarisée de manière que le signal de sortie du modulateur 102 soit appliqué à la grille du transistor Q3 uniquement lorsque les diodes à rayonnement infrarouge ne sont pas en commande pulsée. Il en résulte le blocage du transistor
Q3 lorsqu'aucun signal n'est produit dans le détecteur 14 et sa mise en conduction lorsqu'un signal est produit. Par conséquent, la charge d'un condensateur C13 fait apparaître une tension égale à la crête du signal d'onde carrée provenant du photodétecteur 52. Cette tension varie d'une manière inversement proportionnelle à la densité du sang dans l'oreille.Une forme d'onde en dents de scie est superposée à cette tension variable et possède une amplitude supérieure à celle de la tension variable.

L'onde en dents de scie est à la fréquence du modulateur 102 et elle est cluse à une fuite à travers le transistor
Q3 à effet de champ lorsqu'il est à l'état bloqué. Le signal combiné constitué d'impulsions et de dents de scie est transmis à un amplificateur/inverseur passe-bas 106 qui a pour fonction de supprimer le signal constitué d'impulsions de fréquence relativement basse des dents de scie dont la fréquence est beaucoup plus élevée. Pour éliminer la totalité des sources extérieures de bruits, la fréquence supérieure de coupure de l'amplificateur 106 est réglée à 0,3 - 0,4 hertz, ce qui permet le passage à peu près exclusivement des oscillations correspondant au pouls du pratiquant.

Le signal d'entrée appliqué à l'amplificateur 108 de contrôle automatique de gain coupe les fréquences inférieures à 0,5 hertz, ce qui limite les dérives du niveau de courant continu dues à des mouvements parasites. Le signal limité provenant de l'amplificateur 106 est ensuite appliqué à un amplificateur 108 dont la fréquence de coupure est élevée et d'environ 1,7 hertz. La combinaison de toutes les fréquences de coupure basses et hautes élimine les mouvements parasites, les bruits et la fréquence de modulation des diodes à rayonnement infrarouge, superposés à la forme d'onde correspondant au pouls.

Etant donné que le signal du pouls est également affecté par ces fréquences de coupure, l'amplificateur 108 de contrôle automatique de gain travaille conjointement avec un élément 110 de commande automatique de gain qui rétablit le signal à un niveau opérationnel demandé. L'amplifi cateur 108 de contrôle automatique de gain joue également un rôle important pour produire des signaux d'amplitude relativement constante provenant de différents utilisateurs.

Le traitement final du signal a pour effet de convertir l'oscillation démodulée, correspondant au rythme du pouls du pratiquant, afin de la faire passer d'une forme d'onde sinusoldale à une forme d'onde carrée à amplitude constante, au moyen d'un comparateur 112.

Cette onde carrée est ensuite convertie en une tension continue analogique par le convertisseur fréquence/tension 114 dont le signal de sortie peut être aisément démultiplié de manière qu'il corresponde au rythme du pouls. Cette tension peut être affichée sur un milliampèremètre classique 116 de 0 à 1 mA, ce qui permet d'obtenir un dispositif simplifié de faible coût.

L'onde carrée de sortie du convertisseur fréquence/tension 114 est utilisée à des fins de synchronisation. Après traitement par un circuit différentiel 118 qui convertit l'onde carrée en une onde à deux crêtes, le signal négatif est utilisé pour le déclenchement d'un élément 120 de commande de diodes électroluminescentes commandées par courant pulsé. Le signal négatif de déclenchement est utilise de manière que, lorsque le signal de sortie de l'élément 120 de commande est appliqué à une diode électroluminescente classique D5, cette dernière s'allume en synchronisme avec le pouls du pratiquant.

Cette diode D5 est en général placée de manière que le pratiquant puisse aisément observer son clignotement sous la commande du signal intermittent de sortie de l'élément 120 de commande.

Le signal de sortie du convertisseur fréquence/ tension 114 est également appliqué à un filtre de rythme 122. Ce filtre empêche le visuel 204 d'affichage numérique et l'alarme sonore 200 de suivre les variations peu importantes du rythme des battements cardiaques. Ces variations sans importance sont supprimées automatiquement de l ' ions trument 116 de mesure en raison de son amortissement interne.

Les figures 7 et 10 représentent en détail le sous-ensemble d'affichage numérique et l'alarme sonore du dispositif selon l'invention. L'élément 204 d'affichage numérique est le plus simple de ces deux circuits.

Bien qu'il existe de nombreuses conceptions de circuits pour mettre sous forme numérique une tension analogique, des développements récents permettent à présent d'effectuer cette opération d'une façon très simple. Dans la forme préférée de réalisation, la tension analogique de sortie du filtre 122 est appliquée directement à un convertisseur analogique/numérique 202 à trois chiffres et demi sur une seule plaquette.Le signal de sortie de cet élément qui, dans la forme préférée de réalisation, est du type "Intersil ICL 710611,est un signal à 24 bits possédant les niveaux convenables de puissance et d'impédance pour commander un élément d'affichage 204 à cristaux liquides à 7 segments, produisanttrois-chi-ffres et demi avec signe .- Le signal de sortie du convertisseur 14 étant démultiplié ou proportionné, l'affichage s'effectue directement en battements cardiaques par minute. Bien que les dispositifs d'affichage ou de lecture à diodes électroluminescentes ou d'autres types puissent être utilisés très facilement,comme le circuit peut le demander, des dispositifs d'affichage à cristaux liquides sont particulièrement avantageux en raison de leur avantage principal qui est la faible consommation d'énergie sur une longue période d'utilisation.

Le dispositif 300 d'alarme sonore sera à présent décrit en regard des figures 7 et 10. Ce dispositif permet à l'utilisateur de régler des rythmes cardiaques maximal et minimal pour produire un avertissement en cas d'effort excessif ou insuffisant. Ces réglages sont réalisés dans un élément 302 de réglage des limites de rythme qui comprend deux circuits 304 et 306 à résistance variable dans lesquels la tension continue de 9 volts est abaissée à 4,5 volts. La prise centrale d'un potentiomètre R38 établit un niveau haut HI qui est comparé dans un comparateur haut 308 au signal de sortie du filtre de rythme 122. Lorsque ce rythme du pouls dépasse le rythme correspondant au réglage haut (entre 75 et 200 battements par minute) appliqué au comparateur 308, ce dernier passe du niveau bas au niveau haut et ouvre un commutateur analogique 312 normalement fermé.A ce moment, le signal d'entrée d'un oscillateur 326 d'audiofréquence d'alarme limite n'est plus à la masse et cet oscillateur oscille de manière qu'un haut-parleur 324 émette une alarme sonore constante.

Une action analogue a lieu avec le signal de rythme de pouls bas LO. Ce rythme bas est établi au moyen d'un potentiomètre R41 qui produit un signal égal à un rythme de battements cardiaques compris entre 40 et 150 battements par minute. Ce signal est également comparé au signal de sortie du filtre de rythme 122 dans un comparateur bas 314. Cependant, dans ce cas, le commutateur analogique 316 de rythme bas est inversé de manière que, lorsque le comparateur 314 est au niveau bas, le commutateur analogique soit ouvert, ce qui permet à l'oscillateur 326 de commander le haut-parleur 324. Pour qu'il soit possible de différencier les signaux sonores d'alarme correspondant à un rythme trop bas et correspondant à un rythme trop haut, un commutateur analogique 322 est ajouté afin de commander par impulsions le commutateur analogique 316 en synchronisme avec les battements cardiaques.On obtient ainsi une alarme sonore pulsée qui est synchronisée sur le rythme cardiaque. Lorsque la limite inférieure de rythme est dépassée, le comparateur 314 passe au niveau haut et le commutateur analogique 316 passe en position de fermeture afin de bloquer l'oscillateur 326. Lorsque le comparateur 314 de niveau bas est haut, le commutateur analogique 322 ne peut plus commander par impulsions le commutateur analogique 316 de rythme bas.

Par conséquent, lorsque le niveau du potentiomètre R41 de rythme bas est réglé à une valeur inférieure à celle du potentiomètre R38 de rythme haut, une tonalité sonore pulsée est entendue si le rythme cardiaque de l'utilisateur est inférieur au rythme inférieur de réglage ; aucun son n'est entendu lorsque le rythme cardiaque de l'utilisateur est compris entre les valeurs basse et haute du réglage de rythme ; et une tonalité continue est entendue lorsque le rythme cardiaque de l'utilisateur dépasse la valeur haute de réglage. Enfin, les deux comparateurs de rythme 308 et 314 sont à hystérésis incorporée de manière que, lorsque le rythme de l'utilisateur dépasse juste le niveau de réglage, l'alarme ne soit pas déclenchée et arrêtée par suite de légères variations du rythme ou de la tension de référence.

Il a été indiqué ci-dessus que les limites supérieure et inférieure du rythme cardiaque pouvaient être réglées par l'utilisateur. Ceci est réalisé au moyen d'un élément 318 de réglage de limites qui comprend des commutateurs unipolaires 53 et 54 à deux directions. Dans leur position normale, ils établissent un circuit continu du filtre 122 au convertisseur numérique 202, comme montré sur la figure 10. Cependant, lorsque le commutateur 54 est basculé, il coupe la tension de sortie du filtre 122 et dérive le signal de réglage du rythme cardiaque haut de la prise centrale du potentiomètre R38 vers le convertisseur analogique 202 pour l'affichage. Le commutateur 53 réalise la même opération sur le signal de réglage du rythme cardiaque bas provenant du potentiomètre R41. Ces réglages peuvent être aisément effectués en permettant d'accéder aisément,de l'extérieur du boîtier du module 18, à la prise centrale des deux potentiomètres.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de contrôle du pouls destiné à détecter et indiquer des pulsations de la pression sanguine résultant de battements cardiaques, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (14) de détection conçu pour être placé en contact avec un tissu corporel (16) afin de réagir à des variations du volume du sang, cet élément de détection comprenant un détecteur (52) et au moins deux émetteurs de lumière (44a et 44b) dont l'un est positionné de manière à transmettre de la lumière à travers le tissu corporel vers le détecteur et dont l'autre est positionné de manière que sa lumière soit réfléchie vers le détecteur, ce dernier étant sensible à des variations de la lumière transmise et à des variations de la lumière réfléchie sous l'effet de variations de la vascularisation du tissu et produisant un signal électrique qui correspond à ces variations de lumière, ce dispositif comportant également un élément (18) de traitement de signaux destiné à convertir ledit signal électrique en un rythme du pouls.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une alarme (300) destinée à détecter un rythme de pouls anormalement élevé ou bas afin d'avertir d'une telle condition.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alarme comprend un élément (302) permettant de régler des signaux de rythme de pouls élevé et bas et des éléments (324, 326) d'alarme sonore déclenchés lorsque lesdits signaux élevé ou bas sont dépassés.

4. Dispositif de contrôle du pouls pour la détection et l'indication des pulsations résultant de battements cardiaques, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (14ì de détection destiné à être placé en contact avec le tissu corporel (16) dans une région présentant un trajet d'écoulement du sang, afin de réagir à des variations du volume de sang, cet élément de détection comprenant un détecteur (52) et au moins deux émetteurs de lumière (44a, 44b) dont l'un est disposé de manière à transmettre de la lumière à travers le trajet d'écoulement du sang vers le détecteur et dont l'autre est disposé de manière à réfléchir la lumière du trajet d'écoulement de sang vers le détecteur, ce dernier étant sensible à des variations de la lumière transmise et de la lumière réfléchie sous l'effet de variations de la vascularisation du tissu.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que les émetteurs sont montés dans des boîtiers (46a, 46b) étanches à la lumière, l'un (44a) des émetteurs opposé au détecteur étant dirigé sensiblement suivant la ligne centrale passant entre cet émetteur et le détecteur, et l'autre émetteur 44b étant monté à proximité du détecteur afin de produire une variation de signal aussi grande que possible à la fois par réflexion et transmission, vers le détecteur, d'une quantité maximale de lumière pendant une diastole et d'une quantité minimale de lumière pendant une systole.

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 4, caractérisé en ce qu'il comporte un câble (20) qui relie l'élément (14) de détection à l'élément (18) de traitement de signaux afin de conduire les signaux du détecteur à l'élément de traitement, un organe (22) fixant le câble de connexion afin qu'il forme une boucle lâche à proximité de l'élément de détection pour que ce dernier soit protégé des contraintes physiques imposées par le poids total du câble de connexion et d'autres forces agissant sur ce câble.

7. Dispositif selon l'une des revendications 4 et- 5, caractérisé en ce que les boîtiers (46a, 46b) sont articulés et rappelés élastiquement de manière que les émetteurs et le détecteur soient en contact avec le tissu corporel sous une pression prédéterminée et suffisante pour assurer un bon contact permettant une transmission et une réflexion efficaces de la lumière, sans blocage indésirable de la circulation du sang dans le tissu contre lequel porte l'élément de détection.

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les émetteurs sont soumis à un échantillonnage de puissance pour produire un signal constitué d'impulsions.

9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (114) qui convertit le signal produit par le détecteur en un rythme du pouls, le dispositif comprenant également un élément d'affichage (204) du pouls de l'utilisateur, indiquant le nombre de battements cardiaques par minute.

10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un élément (114) destiné à convertir le signal du détecteur en un signal continu proportionnel au pouls de l'utilisateur, en nombre de battements cardiaques par minute, 6e nombre étant affiché par un instrument analogique (116) de mesure.

11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de sortie compris nant une diode électroluminescente (D5) destinée à produire un signal visible synchronisé sur les battements cardiaques.

12. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément (18) de traitement de signaux comprend un circuit destiné à produire un train d'impulsions ayant un rapport signal/bruit élevé, ce circuit comprenant un modulateur (102) destiné à échantillonner le signal de sortie du détecteur, un filtre (106) destiné à établir les limites supérieure et inférieure des signaux provenant du détecteur et un élément (108) de contrôle de gain destiné à régler automatiquement le niveau de sortie du train d'impulsions.