FR2789569A1 - Appareil de surveillance du souffle respiratoire durant le sommeil par capteurs passifs - Google Patents
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Abstract
Dispositif de surveillance du souffle respiratoire d'un bébé comprenant au moins un capteur, des moyens électroniques et des moyens d'avertissement ou d'alarme capable : . de détecter la présence d'au moins un point chaud dans la bande de température comprise entre 35 et 39degreC correspondant à celle de l'air expiré au moyen d'un capteur infrarouge passif (5),. d'identifier la présence du rythme respiratoire par l'analyse des signaux reçus dudit capteur et au moyen du microprocesseur disposant de logiciels en ROM lui permettant la détection successives des expires,. de déclencher des stimulus sous forme de flash lumineux (6) et de signaux acoustiques (14) en cas de dysfonctionnement respiratoire ou d'apnée prolongé.
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de surveillance
du rythme respiratoire durant le sommeil avec trois finalités: éviter la mort subite du nourrisson, réveiller de manière optimale par rapport aux cycles de sommeil, informer sur la régularité de la respiration nocturne et en corollaire sur la qualité du sommeil. Depuis de nombreuses années des recherches ont été réalisées sur différents aspects du sommeil. Plusieurs demandes de brevets et brevets décrivent des procédés et dispositifs susceptibles notamment: - de détecter une apnée du nourrisson afin de prévenir les risques de mort subite, - de suivre les phases de sommeil et en particulier de détecter les périodes de sommeil lent et celles de sommeil paradoxal, - de permettre un réveil à l'heure la mieux adaptée
au vu des études réalisées dans ce domaine.
Les dispositifs classiques présentent l'inconvénient d'être encombrants, onéreux et/ou peu pratiques de mise en oeuvre. C'est le cas par exemple des dispositifs basés sur des capteurs devant être placés au contact du dormeur, par exemple autour du cou ou du poignet, tels que ceux décrits dans les documents FR2700683, W093/02731, W097/14354,
W096/18176, W096/28093, W095/05119, W092/03983, W094/04071,
FR2705026, EP371424, FR2664487, FR2729071, EP178197.
D'autres dispositifs sans capteur de contact ont été imaginés mais restent onéreux ou difficiles à mettre en oeuvre. C'est le cas par exemple: - de celui décrit par le document US4738266 adapté à un usage en milieu hospitalier de part sa grande complexité de conception et des coûts très élevés associés, - de ceux intégrés sous l'oreiller ou sur le matelas tels que ceux décrits par les documents FR2728775 et - de celui décrit par le document W0 97/26824 constitué d'une barrière de diodes émissives dont les rayons sont masqués périodiquement lors des expirations, - de celui décrit par le document US4350166 qui porte sur la détection de signaux infrarouges lointains subissant une absorption plus ou moins importante due à la présence de dioxyde de carbone dans l'air expiré. Ceci implique que la longueur d'onde des signaux détectés par cette invention se situe au voisinage de 14,5 micromètres, ce qui ne correspond pas aux technologies de capteur largement répandues et faible coût d'aujourd'hui, - de celui décrit par le document FR2623388, portant sur un dispositif fonctionnant sans capteur de contact mais qui d'une part nécessite un éclairage de la partie de l'individu à surveiller, d'autre part forme une image
composite à l'aide d'un ensemble d'éléments photosensibles.
Ce dispositif est relativement complexe donc onéreux ce qui le rend incompatible avec une diffusion large voire systématique auprès du public. De surcroît l'éclairement constant implique un niveau de consommation énergétique difficilement compatible avec un dispositif léger et autonome. D'autres dispositifs ont été réalisés utilisant des radars ultrasensibles susceptibles de détecter tout mouvement. Ces dispositifs très sensibles sont peu fiables et, de plus, ils soumettent le corps à un rayonnement électromagnétique permanent. Or, des études récentes indiquent que l'on ne peut exclure un rôle potentiellement pathogène de ce type de rayonnement sur le corps humain et à
fortiori sur le jeune enfant.
A ce jour, il apparaît qu'aucun des dispositifs décrits par l'un quelconque des documents ci-dessus cités n'a connu
de diffusion au niveau du marché grand public.
L'invention présentée dans le présent document permet de
remédier à tous les inconvénients précités.
L'objet de l'invention est un dispositif de surveillance du souffle respiratoire d'un bébé comprenant un capteur de rayonnement infrarouge émis par le souffle respiratoire du bébé, un microprocesseur disposant de logiciels lui permettant de faire l'analyse du sommeil du bébé en réponse aux signaux reçus du capteur et des moyens de génération lumineux et sonores activés par le microprocesseur en cas de dysfonctionnement respiratoire du bébé déterminé par le
microprocesseur à l'aide des signaux reçus du capteur.
Selon un aspect essentiel de l'invention, celle-ci comprend des moyens de génération de stimulus lumineux et acoustiques, grâce à un flash électronique et à un générateur sonore délivrant des flashs lumineux et des signaux acoustiques en cas de dysfonctionnement respiratoire, une alarme sonore se déclenche si les stimulus fournis par les flashs lumineux et les signaux acoustiques ne sont pas suffisants pour rétablir le fonctionnement respiratoire
normal du bébé.
La figure 1 représente une vue avant du boîtier, La figure 2 montre une vue arrière du boîtier et son dispositif de fixation rapide, La figure 3 montre un schéma organique des différents
sous-ensembles de l'invention.
L'invention se présente sous la forme d'un petit boîtier (1) aisément amovible et transportable, conçu pour être fixé à proximité et en visibilité de la personne dont il faut surveiller la respiration. Un système de fixation rapide (13) permet de fixer le boîtier (1) sur un élément quelconque du lit. Le principe de l'invention consiste à détecter les phases d'expiration du sujet endormis grâce à un capteur passif infrarouge capable d'identifier les signaux infrarouges caractéristiques de la température de l'air exhalé
typiquement dans l'intervalle 35-39 degrés C .
Le boîtier (1) est pourvu d'un capteur infrarouge passif (5). L'angle solide couvert par ce capteur est suffisamment large, de l'ordre de 40 à 60 degrés, afin de ne pas
nécessiter une orientation précise de l'appareil.
Les informations provenant du capteur (5) sont traitées par une électronique orchestrée par un microprocesseur (2) lequel gère un ensemble mémoire ROM (4) et RAM (3) et différents sous ensembles: un ensemble de diodes électroluminescentes vertes (7), un ensemble de diodes électroluminescentes jaunes (8), un écran d'affichage (11), une touche d'autotest (9), un voyant d'autotest (10), un flash électronique (6), un générateur acoustique (14), une touche de réveil (15),
une micro imprimante optionnelle (12).
Le boîtier intègre une source d'alimentation en énergie (16) constituée d'une pile électrique éventuellement rechargeable. La mémoire ROM (4) mémorise les différentes procédures
d'analyse des informations recueillies par le capteur passif.
Seuls seront considérés les signaux infrarouges dont la température correspond à la température de l'air de l'expiration. De plus pour éviter qu'un objet chaud, tel qu'un radiateur, situé dans l'angle solide précité puisse être interprété comme un souffle expiratoire, les détections correspondant à l'intervalle de température concerné ne seront prises en considération que si elles présentent une caractéristique de fluctuation ou de périodicité à l'image
des expirations.
Sur l'une des faces de l'invention non visible de la personne sous surveillance se trouve: la touche d'autotest (9) et le voyant d'autotest (10); la touche réveil (15); la série de diodes électroluminescentes vertes (7) et jaunes (8);
l'écran d'affichage (11).
Selon une option de l'invention le boîtier (1) est pourvu d'un moyen permettant à une micro imprimante (12) de se
solidariser et se connecter avec ledit boîtier (1).
Lors de la mise en ouvre du dispositif, à la pression de la touche d'autotest (9), l'électronique du boîtier va procéder à un test d'étalonnage de la sensibilité de l'appareil. Pour cela le microprocesseur (2) va chercher dans l'angle solide la présence de signaux dans la plage de température correspondant aux expirations. Durant cette phase
de recherche la diode(10) va s'éclairer en rouge.
Une fois que la présence de signaux correspondant à la plage de température caractéristique de l'expiration est détectée, la diode (10) s'éclaire en jaune. Le microprocesseur va alors chercher les alternances entre expirations et inspirations, l'inspiration correspondant à
une absence de détection.
Lorsque le microprocesseur (2) a identifié la présence de plusieurs alternances successives (au moins deux), la diode d'autotest (10) s'éclaire en vert indiquant ainsi que l'appareil objet de l'invention est opérationnel. Cette diode reste alors allumée durant quelques secondes avant de s'éteindre. Ainsi le dispositif de surveillance est pourvu d'une diode électroluminescente (10) capable lors de la mise en oeuvre du dispositif, à la pression de la touche d'autotest (9) de s'éclairer: - en rouge lorsque le microprocesseur (2) cherche dans l'angle solide couvert par le capteur (5) au moins un point chaud dans la plage de température correspondant aux expirations, - en jaune lorsque le microprocesseur à détecté grâce au capteur (5) au moins un point chaud dans la plage de température précitée et cherche la présence d'un rythme respiratoire, - en vert lorsque le microprocesseur à détecté la présence d'au moins un point chaud dans la plage de température
précitée et à identifié la présence d'un rythme respiratoire.
L'appareil va ensuite suivre les expirations en continu.
Une caractéristique de différentiation aisée à observer entre le sommeil lent et le sommeil paradoxal est précisément
le rythme respiratoire.
Durant les phases de sommeil profond, qui durent environ minutes contre 90 minutes de sommeil lent, le rythme respiratoire diminue très sensiblement. Cette caractéristique permet au microprocesseur de pouvoir suivre en temps réel les phases de sommeil de la personne endormie. Les diodes vertes (7) et jaunes (8) vont indiquer selon une échelle de temps préprogrammée le temps écoulé depuis le
début de la phase de sommeil en cours.
Selon un mode de réalisation les 6 diodes vertes correspondent à une durée de 90 minutes, les diodes s'éclairant à tour de rôle durant 15 minutes chacune, et les diodes jaunes correspondent à une durée de 15 minutes, chaque diode s'éclairant à tour de rôle durant 3 minutes. Les diodes jaunes (8) et vertes (7) s'éclairent uniquement à la
pression de la touche d'autotest (9).
L'invention est pourvue d'un capteur infrarouge passif (5) conçu pour reconnaître la présence d'un point chaud dans l'intervalle de température entre 350 et 39 C environ, correspondant à celle de l'air expiré. Elle est également pourvue d'un microprocesseur (2) programmé pour suivre l'alternance entre les phases d'expirations (détection d'un signal infrarouge dans la bande précitée) et les phases
d'inspiration (absence de détection).
La première fonction de l'invention consiste à détecter l'apparition d'une apnée par l'absence prolongée de détection du point chaud correspondant à l'expiration. Dans un tel cas l'expérience montre que de légers stimulus acoustiques et/ou lumineux suffisent généralement pour rétablir le fonctionnement respiratoire normal. Ainsi l'invention est pourvue d'un flash électronique lumineux et d'un générateur acoustique capable de déclencher de tels stimulus. Cependant, dans l'éventualité o ces stimulus s'avèrent insuffisants pour rétablir le fonctionnement respiratoire normal au bout d'une période préalablement définie l'invention provoque une alarme sonore afin d'alerter toute personne située à proximité. En cas de dysfonctionnement respiratoire ayant provoqué le déclenchement d'un stimulus lumineux et ou acoustique, la diode d'autotest (10) émet en permanence un signal clignotant
rouge, jusqu'à la prochaine manipulation du dispositif.
L'invention permet également de connaître en permanence les phases de sommeil d'un dormeur et en particulier d'un nourrisson. Les cycles du sommeil se caractérisent par une alternance de phases de sommeil lent qui durent généralement une heure et trente minutes et de phases de sommeil profond, ou paradoxales, qui durent généralement quinze minutes. La durée de ces phases diffère légèrement en particulier d'une personne à l'autre. Le passage en phase de sommeil profond, qui correspond également à la phase onirique, se caractérise
par un ralentissement sensible du rythme respiratoire.
L'expérience montre qu'un réveil durant cette phase est inopportun car il perturbe tant l'humeur que l'efficacité de l'ex dormeur. L'invention apporte une réponse pertinente à cette préoccupation. Elle permet également de réveiller le
nourrisson au bon moment pour le change ou le biberon.
En effet, le microprocesseur (2) suit de manière permanente les cycles expire/inspire de la personne sous surveillance grâce au suivi de l'alternance entre des phases de détection de présence de rayonnement (expire) et d'absence de rayonnement (inspire). Ainsi le rythme respiratoire sera rapidement identifié après quelques périodes du cycle précité. Lorsque le rythme respiratoire du dormeur ralentit sensiblement, le microprocesseur (2) en déduit que le dormeur passe de la phase de sommeil lent à celle de sommeil profond,
et réciproquement lorsque le rythme s'accroît.
Aussi, le boîtier (1) est pourvu d'une touche (15) dont la pression permet de réveiller le dormeur au moment opportun. A la pression de la touche réveil (15) le microprocesseur (2) émet un signal sonore destiné à réveiller le dormeur sauf si celui-ci se trouve en phase de sommeil profond auquel cas le microprocesseur attend la fin de cette
phase pour émettre ledit signal sonore.
Selon l'un des modes de réalisation de l'invention, un ensemble de diodes électroluminescentes permet d'indiquer o
se situe le dormeur à l'intérieur de son cycle de sommeil.
Par exemple, six diodes de couleur verte (7) s'éclairent successivement pour indiquer la situation à l'intérieur de la phase de sommeil lent, le changement de diode s'effectuant par exemple tous les quarts d'heure, et cinq diodes jaunes (8) s'éclairent successivement pour indiquer la situation à l'intérieur de la phase de sommeil profond, le changement de diode s'effectuant toutes les trois minutes. Ces valeurs indicatives peuvent être préalablement définies,
paramétrables ou estimées par le dispositif lui-même.
Selon une version plus élaborée de l'invention le dispositif est pourvu, de manière intégrée ou additionnelle, d'un moyen d'impression sur papier, à l'instar d'une calculette à imprimante. Ainsi, à l'issue d'une nuit ou période de sommeil, le microprocesseur ayant enregistré dans la mémoire RAM (3) l'ensemble des détections élémentaires et ayant effectué des traitements de synthèses sur ceux-ci va éditer un chronographe présentant les paramètres utiles à une analyse de la qualité des respirations et du sommeil. Ainsi le boîtier (1) est pourvu d'une interface autorisant d'y connecter une micro imprimante (12) capable d'imprimer un chronographe présentant les paramètres utiles à une analyse de la qualité des respirations et du sommeil, le microprocesseur (2) ayant enregistré dans la mémoire RAM (3) l'ensemble des détections élémentaires et ayant effectué des
traitements de synthèses sur ceux-ci.
Selon une variante de l'invention, l'appareil est pourvu d'un écran (11) capable d'afficher des indications quantitatives sur la qualité du sommeil, la régularité de la respiration, la présence éventuelle d'apnées avec leurs fréquences et leurs durées. Ainsi le microprocesseur (2) est capable de déterminer à l'issue d'une période de sommeil des informations de synthèses portant notamment sur la régularité du rythme respiratoire, le nombre d'apnées, leurs durées,
leur fréquence et de les afficher au moyen de l'écran (11).
Selon une application très généralisée de l'invention un circuit intégré spécifique et de faible coût, destiné à être intégré dans un réveil, intègre un microprocesseur (2) disposant de logiciels en ROM (4) permettant d'identifier les phases de sommeil du dormeur en scrutant les variations du rythme respiratoire, afin de décaler de quelques minutes l'heure du réveil préalablement programmée pour provoquer le réveil à un moment opportun en interdisant de déclencher ledit réveil durant la phase de sommeil profond, le réveil s'effectuant alors soit un peu avant ladite phase de sommeil
profond soit un peu après.
Claims (12)
1. Dispositif de surveillance du souffle respiratoire comprenant au moins un capteur, des moyens électroniques et des moyens d'avertissement ou d'alarme caractérisée en ce qu'il comprend un capteur infrarouge passif (5) capable de détecter la présence d'au moins un point chaud dans la bande de température comprise entre 35 et 39 C correspondant à
celle de l'air expiré.
Un microprocesseur (2) disposant de logiciels en ROM (4) permettant d'identifier la présence du rythme respiratoire par l'analyse des signaux reçus dudit capteur permettant la
détection successives des expires.
2. Dispositif de surveillance selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est destiné à la surveillance du souffle respiratoire d'un bébé et qu'il comprend des moyens de génération lumineuses et sonores délivrant des stimulus sous forme de flash lumineux (6) et de signaux acoustiques (14) en cas de dysfonctionnement respiratoire ou d'apnée
prolongé.
3. Dispositif de surveillance selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif est pourvu d'une diode électroluminescente (10) capable lors de la mise en oeuvre du dispositif, à la pression de la touche d'autotest (9) de s'éclairer: - en rouge lorsque le microprocesseur (2) cherche dans l'angle solide couvert par le capteur (5) au moins un point chaud dans la plage de température correspondant aux expirations, - en jaune lorsque le microprocesseur a détecté grâce au capteur (5) au moins un point chaud dans la plage de température précitée et cherche la présence d'un rythme respiratoire, - en vert lorsque le microprocesseur a détecté la présence d'au moins un point chaud dans la plage de température
précitée et a identifié la présence d'un rythme respiratoire.
4. Dispositif de surveillance selon l'une des
revendications 2 ou 3, dans lequel les moyens de génération
lumineux et sonores comprennent un flash électronique (6) générant des flashs lumineux et un générateur acoustique(14) provoquant des signaux sonores, lesdits signaux lumineux et sonores sont destinés à rétablir le fonctionnement respiratoire normal du bébé en cas de dysfonctionnement respiratoire.
5. Dispositif de surveillance selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comprend une diode d'autotest (10) à clignotement permanent en rouge provoqué par tout dysfonctionnement respiratoire ayant provoqué le
déclenchement d'un stimulus lumineux et acoustique.
6. Dispositif de surveillance selon l'une quelconque des
revendications 1 à 5 dans lequel ledit microprocesseur est
agencé de telle sorte que, à l'issue d'une période de sommeil, des informations de synthèse portant notamment sur la régularité du rythme respiratoire du bébé, le nombre d'apnées, leurs durées, leurs fréquences et les affiche sur
un écran (11).
7. Dispositif de surveillance selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6 comprenant une interface permettant la
connexion d'une micro imprimante (12) capable d'imprimer un chronographe présentant les paramètres utiles à une analyse de la qualité des respirations et du sommeil, ledit microprocesseur (2) ayant enregistré dans sa mémoire (3) l'ensemble des détections élémentaires et ayant effectué des
traitements de synthèse sur ceux-ci.
8. Dispositif de surveillance selon l'une quelconque des
revendications 1 à 7, comprenant en outre un ensemble de
diodes électroluminescentes (7) et (8) permettant d'indiquer si le dormeur se situe dans une phase de sommeil lent ou dans
la phase de sommeil profond.
9. Dispositif de surveillance selon la revendication 8, dans lequel une partie de l'ensemble de diodes (7) permet d'indiquer la situation du dormeur dans la phase de sommeil lent et une autre partie de l'ensemble de diodes (8) permet d'indiquer la situation du dormeur dans la phase de sommeil profond.
10. Dispositif de surveillance selon l'une quelconque des
revendications 2 à 9, dans lequel lesdits moyens de
génération lumineux et acoustiques comprennent un générateur sonore (14) qui, en réponse à la pression sur une touche réveil (15) émet un signal sonore destiné à réveiller le bébé sauf si celui-ci se trouve en phase de sommeil profond auquel cas le microprocesseur attend la fin de cette phase pour
émettre ledit signal sonore.
11. Dispositif de surveillance selon l'une quelconque des
revendications 2 à 10 dans lequel lesdits signaux fournis par
ledit capteur (5) sont, en l'absence de dysfonctionnement respiratoire du bébé, des signaux de détection dudit point chaud lors de l'expiration alternée avec des signaux de
détection d'absence dudit point chaud lors de l'inspiration.
12. Dispositif de surveillance selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un circuit intégré spécifique comprend un microprocesseur (2) disposant de logiciels en ROM (4), ledit circuit fait partie intégrante d'un réveil, et permet de détecter la variation du rythme des expires et d'identifier les phases de sommeil du dormeur afin de décaler de quelques minutes l'heure du réveil préalablement
programmée pour provoquer le réveil à un moment opportun.
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