FR3070254A1 - Procede de production d’un son cardiaque, dispositif et programme correspondant - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé de création d'un flux sonore cardiaque représentatif de sons produits par une succession de battements cardiaques. Un tel procédé est mis en œuvre par l'intermédiaire d'un dispositif électronique et il comprend : - une phase d'obtention (P10) d'au moins une valeur d'au moins une fréquence cardiaque courante (FCC) d'un utilisateur ; - une phase de génération (G20) du flux sonore cardiaque en fonction de ladite au moins une fréquence cardiaque précédemment obtenue et d'au moins un extrait sonore de référence.
Description
Procédé de production d'un son cardiaque, dispositif et programme correspondant
1. Domaine
L'invention se rapporte au domaine de la santé. Plus particulièrement, l'invention se rapporte au domaine de la santé connectée, également appelée « selfquantifying » en anglais. Il s'agit plus particulièrement de pouvoir permettre aux individus de mesurer un certain nombre de paramètres se rapportant à leur condition physique. Ce domaine a pris de l'importance ces dernières années. En effet, la sophistication des divers appareils mis à la disposition du public, et notamment des terminaux de communication intelligents (« smartphone ») et la mise à disposition de capteurs de plus en plus précis et de moins en moins coûteux a permis de développer de nouvelles applications dites de santé connectée. L'invention s'inscrit dans cette démarche et se rapporte à la production de son cardiaque et plus particulièrement à la production de son cardiaque représentatif de la fréquence cardiaque.
2. Art antérieur
La fréquence cardiaque représente le nombre de battements d'un organe cardiaque (le cœur) par minute. D'une façon générale, la fréquence est liée au nombre de contractions cardiaques par minute. Ainsi, d'une manière plus générale, la fréquence cardiaque est le nombre de battements cardiaques (ou pulsations) par unité de temps. Il s'agit d'une représentation quantitative qui peut également être définie en nombre de cycles par seconde, par l'inverse de la période. Plusieurs méthodes peuvent être mises en œuvre pour percevoir la fréquence cardiaque, dont la plus simple et la plus connue est la prise du pouls : il s'agit de la perception au toucher d'une artère battante permettant d'évaluer des battements cardiaques, et donc une fréquence cardiaque lorsqu'une mesure temporelle est associée à la prise de pouls. Ainsi, la prise de pouls pour le calcul d'une fréquence cardiaque est souvent une opération manuelle nécessitant de compter le nombre de pulsation tout en y associant un comptage temporel, puis à effectuer une opération de mathématique (multiplication ou division) pour déterminer la fréquence. Cette méthode pose quelques problèmes. Le premier problème se rapporte à la détermination de l'artère qui va permettre de percevoir le pouls : un certain nombre de personnes soit ne savent pas où trouver une telle artère, soit ont une physiologie ou une morphologie ne permettant pas d'avoir accès à une telle artère facilement. Le deuxième problème est un problème d'attention, nécessitant que l'individu puisse à la fois compter le nombre de pulsation et vérifier le temps écoulé, ce qui peut poser des problèmes, par exemple lorsque des conditions de calme et de tranquillité ne sont pas réunies. Un troisième problème est que la prise de pouls ne permet pas d'entendre le son cardiaque (le son produit par le cœur), ce qui est également une information intéressante pour de nombreux individus.
Une deuxième méthode d'obtention d’une fréquence cardiaque, qui permet en plus d'avoir accès au son cardiaque, est la méthode auscultatoire (écoute du cœur par un stéthoscope). Cette méthode est la plupart du temps mise en œuvre par un praticien. Elle permet effectivement de mesurer la fréquence cardiaque et de percevoir le son produit par le cœur. Elle nécessite cependant de disposer d’un stéthoscope et donc n'est pas réellement pratique.
D'autres méthodes peuvent également être utilisées, souvent en lien avec un appareillage médical plus ou moins complexe et coûteux, comme les dispositifs qui sont disponibles dans les services hospitaliers. A l'inverse, de nombreux individus disposent d'un dispositif de suivi d'activité, permettant par exemple de disposer d'une mesure visuelle de la fréquence cardiaque, mais pas d’écouter le son cardiaque correspondant.
Ainsi, il n'existe pas de méthodes simples permettant à un individu de disposer d'une information auditive sur sa fréquence cardiaque, quelle que soit la situation dans laquelle il se trouve.
3. Résumé
L'invention ne pose pas ces problèmes de l'art antérieur. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une technique de production d'un son cardiaque, représentatif d'une fréquence cardiaque réelle mesurée par un dispositif de mesure du type dispositif de suivi d'activité.
Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un Procédé de création d'un flux sonore cardiaque représentatif de sons produits par une succession de battements cardiaques, procédé mis en œuvre par l'intermédiaire d'un dispositif électronique. Un tel procédé comprend :
une phase d'obtention d'au moins une valeur d'au moins une fréquence cardiaque courante d'un utilisateur ;
une phase de génération du flux sonore cardiaque en fonction de ladite au moins une fréquence cardiaque précédemment obtenue et d'au moins un extrait sonore de référence.
Ainsi, l'utilisateur peut avoir une représentation sonore de ses battements cardiaques, et ce sans qu'il soit nécessaire de disposer d'un appareillage complexe.
Selon un mode de réalisation particulier, la phase de génération du flux sonore cardiaque comprend les étapes de :
recherche, au sein de la base de données, à l'aide de la fréquence cardiaque courante et en fonction d'un paramètre de recherche, d'une fréquence cardiaque proche de la fréquence cardiaque courante, délivrant une fréquence cardiaque de référence ;
obtention d'un extrait de son cardiaque de référence, associé au sein de la base de données, à la fréquence cardiaque de référence ;
génération, à l'aide de l'extrait de son cardiaque de référence, du flux sonore représentatif de la fréquence cardiaque courante.
Ainsi, le flux sonore cardiaque généré est représentatif du son cardiaque qui serait perçu par un stéthoscope, du fait de l'utilisation d'une base de données comprenant des enregistrements sonores adaptés aux fréquences des battements de l'utilisateur.
Selon une caractéristique particulière, l’étape de génération du flux sonore comprend :
une étape d’adaptation dudit extrait de son cardiaque de référence en fonction de la fréquence cardiaque courante et dudit paramètre de recherche, délivrant un extrait sonore adapté ;
une étape de répétition de l'extrait sonore adapté délivrant le flux sonore.
Ainsi, le flux sonore généré est très proche du son cardiaque réellement perçu.
Selon un mode de réalisation particulier, l'étape d'adaptation comprend une étape de réduction de la durée dudit extrait sonore de référence de sorte que la durée réduite n'excède pas la durée théorique d'un son cardiaque qui serait extrait de la fréquence cardiaque courante.
Selon une caractéristique particulière, l'étape d'adaptation comprend une modification de la durée dudit extrait sonore de référence en fonction d’un facteur de correction adapté, déduit par rapport à la fréquence de référence.
Selon une caractéristique particulière, l'étape d'adaptation comprend une modification de la durée dudit extrait sonore de référence en fonction d'un nombre de battements séparant la fréquence cardiaque courante de la fréquence cardiaque de référence et en fonction d'une fréquence cardiaque additionnelle précédent ou suivant immédiatement l’extrait sonore de référence.
Selon un mode de réalisation particulier, la phase d'obtention d'au moins une valeur d'au moins une fréquence cardiaque courante d'un utilisateur comprend les étapes suivantes :
création d'un historique d'un nombre prédéterminé de valeurs d'un signal de type PPG ;
à l'aide de cet historique, séparation des alternances positives et négatives du signal PPG, délivrant un signal positif et un signal négatif;
détermination d'une première période cyclique cardiaque sur le signal positif ;
détermination d'une deuxième période cyclique cardiaque sur le signal négatif ;
détermination d'une fréquence cardiaque courante en fonction de la première période cyclique cardiaque et de la deuxième période cyclique cardiaque.
L'invention se rapporte également à un dispositif de création d'un flux sonore cardiaque représentatif de sons produits par une succession de battements cardiaques, procédé mis en œuvre par l’intermédiaire d'un dispositif électronique. Un tel dispositif comprend :
des moyens d'obtention d'au moins une valeur d'au moins une fréquence cardiaque courante d'un utilisateur ;
des moyens de génération du flux sonore cardiaque en fonction de ladite au moins une fréquence cardiaque précédemment obtenue et d'au moins un extrait sonore de référence. Selon une caractéristique particulière, ledit dispositif prend la forme d'une montre.
Selon une implémentation préférée, les différentes étapes des procédés selon l’invention sont mises en œuvre par un ou plusieurs logiciels ou programmes d’ordinateur, comprenant des instructions logicielles destinées à être exécutées par un processeur de données selon l’invention et étant conçu pour commander l’exécution des différentes étapes des procédés.
En conséquence, l'invention vise aussi un programme, susceptible d’être exécuté par un ordinateur ou par un processeur de données, ce programme comportant des instructions pour commander l’exécution des étapes d’un procédé tel que mentionné ci-dessus.
Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
L'invention vise aussi un support d’informations lisible par un processeur de données, et comportant des instructions d’un programme tel que mentionné ci-dessus.
Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu’une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d’enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.
D’autre part, le support d’informations peut être un support transmissible tel qu’un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d’autres moyens. Le programme selon l’invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Alternativement, le support d’informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l’exécution du procédé en question.
Selon un mode de réalisation, l’invention est mise en œuvre au moyen de composants logiciels et/ou matériels. Dans cette optique, le terme module peut correspondre dans ce document aussi bien à un composant logiciel, qu'à un composant matériel ou à un ensemble de composants matériels et logiciels.
Un composant logiciel correspond à un ou plusieurs programmes d'ordinateur, un ou plusieurs sous-programmes d’un programme, ou de manière plus générale à tout élément d'un programme ou d'un logiciel apte à mettre en œuvre une fonction ou un ensemble de fonctions, selon ce qui est décrit ci-dessous pour le module concerné. Un tel composant logiciel est exécuté par un processeur de données d'une entité physique (terminal, serveur, passerelle, routeur, etc.) et est susceptible d'accéder aux ressources matérielles de cette entité physique (mémoires, supports d'enregistrement, bus de communication, cartes électroniques d'entrées/sorties, interfaces utilisateur, etc.).
De la même manière, un composant matériel correspond à tout élément d'un ensemble matériel (ou hardware) apte à mettre en œuvre une fonction ou un ensemble de fonctions, selon ce qui est décrit ci-dessous pour le module concerné. Il peut s'agir d'un composant matériel programmable ou avec processeur intégré pour l'exécution de logiciel, par exemple un circuit intégré, une carte à puce, une carte à mémoire, une carte électronique pour l'exécution d'un micrologiciel (firmware), etc.
Chaque composante du système précédemment décrit met bien entendu en œuvre ses propres modules logiciels.
Les différents modes de réalisation mentionnés ci-dessus sont combinables entre eux pour la mise en œuvre de l’invention.
4. Figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 présente de manière général le principe d'obtention d'un flux sonore cardiaque selon l'invention ;
la figure 2 expose brièvement un capteur oxymétrique ;
la figure 3 décrit une méthode d’obtention d’une fréquence cardiaque courante dans un mode de réalisation ;
la figure 4 expose les étapes de génération d'un flux sonore, communes à plusieurs techniques différentes ;
- ’ la figure 5 présente de façon schématique les principaux composants d'un dispositif de production d'un son cardiaque, dans un mode de réalisation particulier de l'invention.
5. Description
5.1. Rappel du principe
La technique proposée se rapporte à un procédé de traitement de données pour l'obtention d'un son, dit son cardiaque, correspondant à une fréquence cardiaque d'un individu. Ce procédé permet notamment d'obtenir une information qui n’est généralement accessible que par l’intermédiaire d'une auscultation (stéthoscope). Le principe général de l'invention consiste à fournir une information proche de l'information qui serait obtenue par un procédé de phonocardiographie (qui permet l'enregistrement sonore des battements du cœur). Le phono cardiogramme est l'enregistrement de la forme d'onde du son cardiaque. Ces sons sont produits par la mécanique des mouvements cardiaques et les turbulences du flux sanguin. Il existe quatre sons cardiaques. Seuls les deux premiers sont audibles :
Le premier son SI est le plus long en temps (50 à 100 ms), le plus bas en fréquence (30 à 100 Hz) et le plus intense.
Le deuxième son S2 est plus court en temps (25 à 50 ms), le plus haut en fréquence (> 100 Hz) et le moins intense.
Le problème à la base de la présente technique est que la phonocardiographie nécessite la présence de moyens de captation sonore (typiquement des micros) aptes à enregistrer ces sons, ce dont ne disposent pas les dispositifs portables, et plus particulièrement les montres connectées ou les montres à visée sportive.
Dans toute la description, les éléments de même nature sont identifiés par une même référence numérique dans les figures.
Le principe général de la présente technique consiste à obtenir une fréquence cardiaque, par exemple à partir d'un signal de type PPG, puis à générer une bande sonore, en temps réel, voire en temps différé, à partir de cette fréquence cardiaque, bande sonore qui peut alors être restituée par un dispositif à destination d’un utilisateur. Cette bande sonore est également appelée flux sonore (flux sonore PPG) ou enregistrement. Plus particulièrement, le principe général de la technique consiste à moduler ou à utiliser directement un ou plusieurs extraits sonores de référence, représentatifs de battements cardiaques, enregistrés dans une base de données, qui peut être une base de données classique, comprenant des extraits sonores numériques ou une structure de données adaptée à la présente en fonction des modes de réalisation (arborescence de fichiers sons correspondant de type wave® ou mp3® par exemple).
On présente, en relation avec la figure 1, les principales étapes d'un procédé de traitement de données pour l'obtention d'un son cardiaque représentatif d’une fréquence cardiaque d'un individu, dans un mode de réalisation particulier de l'invention. Selon la technique proposée, ce procédé comprend une phase de génération G20 du son cardiaque (SC), qui repose sur l'analyse d'au moins un signal photopléthysmographique acquis par exemple au niveau du poignet ou du torse d'un individu ou de tout autre type de signal équivalent. Plus particulièrement, dans un mode de réalisation, le son cardiaque est déterminé en fonction d'une fréquence cardiaque obtenue à partir d’au moins un signal photopléthysmographique délivré par au moins un capteur oxymétrique (CapO) (ou tout capteur permettant de récupérer le même type de signal). Le procédé selon l'invention comprend ainsi, préalablement à ladite étape de génération G20 du son cardiaque, une phase d’obtention (P10) de la fréquence cardiaque, à partir par exemple d'un signal PPG, obtenu par l'intermédiaire d'un capteur oxymétrique ou de tout autre moyen en mesure de fournir une valeur de fréquence cardiaque.
On rappelle brièvement, en relation avec la figure 2, le fonctionnement d’un capteur oxymétrique. Un tel capteur CapO comprend classiquement au moins une diode électroluminescente D destinée à illuminer une petite surface de peau d'un individu, et au moins une photodiode P, généralement positionnée à proximité de la diode électroluminescente D, et destinée à mesurer la quantité de lumière réfléchie par cette surface de peau. La quantité de lumière absorbée au niveau de la surface de peau illuminée intègre deux composantes : une partie constante dans le temps qui correspond à l'absorption de lumière par les tissus et une partie variable dans le temps qui correspond à l'absorption de lumière par le sang. La quantité de lumière réfléchie est donc égale à la quantité de lumière émise par la diode électroluminescente D (constante) à laquelle sont soustraites la quantité de lumière absorbée par les tissus (constante) et la quantité de lumière absorbée par le sang (variable). On mesure en sortie du capteur oxymétrique CapO un signal qui correspond à l’évolution de l'intensité du courant induit dans la photodiode P, et qui se compose alors d'une partie constante importante et d'une partie variable faible qui est fonction inverse du volume de sang circulant dans les tissus situés sous la surface de peau illuminée par la diode électroluminescente D. Par filtrage de la composante continue de ce signal, puis par inversion de sa composante variable, un capteur oxymétrique permet donc d'obtenir un signal représentatif de la variation temporelle du volume sanguin au niveau de la zone considérée. Un tel signal est appelé signal photopléthysmographique (ou signal PPG).
Un signal PPG est intéressant en ce qu’il comprend les caractéristiques notables suivantes :
une croissance très abrupte terminée par un pic de pression (pic de systole) pendant la phase de systole, c'est à dire pendant la phase de contraction du cœur qui génère une onde de pression sur les parois des artères ;
une décroissance plus lente terminée par une vallée de pression (vallée de diastole) pendant la phase de diastole, c'est à dire pendant la phase de relaxation pendant laquelle le cœur se relâche pour se remplir.
La diffusion de l'onde sanguine dans le corps n'étant pas instantanée (elle est fonction notamment de la puissance du muscle cardiaque, de la section des artères et de la viscosité du sang), il est possible de déterminer un son cardiaque en se basant sur la fréquence cardiaque de l'individu, obtenue à partir du PPG, selon la procédure suivante.
On décrit, en relation avec la figure 3, un exemple d’une méthode d'obtention de la fréquence cardiaque FC (fréquence qui peut être utilisée par la suite pour l'obtention du son cardiaque selon l'invention), à partir d'un signal PPG, tel qu'explicité en figure 1. Le but de cette méthode, mise en œuvre dans un module d'obtention de fréquence cardiaque, est d’obtenir une estimation de la fréquence cardiaque de l'individu. Les étapes du traitement appliqué au signal PPG sont les suivants :
création (3-01) d'un historique (HPPG) d'un nombre prédéterminé de valeurs de signal PPG (par exemple compris entre deux cents et quatre cents, voire plus en fonction des capacités du dispositif) ;
à l'aide de cet historique (HPPG), séparation (3-02) des alternances positives (PPG+) et négatives (PPG-) du signal PPG :
dans le signal PPG+, les alternances négatives sont remplacées par des zéros ; dans le signal PPG-, les alternances positives sont remplacées par des zéros.
détermination (3-03) d'une première période cyclique cardiaque sur le signal positif (PPG+) :
• mise en œuvre (3-031) d’un détecteur de début d'alternance positive sur le signal PPG, l'alternance est détectée lorsque le signal PPG+ présente plus de dix zéros d'affilée, par exemple ;
Lorsque que le détecteur d’alternance positive sur le signal PPG se déclenche (3051) :
• recherche de la valeur maximum du signal sur cette alternance.
• déduction du numéro d'échantillon (timestamp) pour lequel le signal est maximal.
• à l'aide du numéro d'échantillon du maximum courant et du numéro d'échantillon du maximum précédent, on déduit la durée de la période du cycle cardiaque (PerCy+).
- ' détermination (3-04) d'une deuxième période cyclique cardiaque sur le signal négatif (PPG-) ;
• mise en œuvre (3-041) d'un détecteur de début d’alternance négative sur le signal PPG Back, l'alternance est détectée lorsque le signal PPG- présente plus de dix zéros d'affilée, par exemple.
Lorsque que le détecteur d'alternance négative sur le signal PPG se déclenche (3061):
• recherche de la valeur minimum du signal sur cette alternance.
• déduction du numéro d'échantillon (timestamp) pour lequel le signal est minimum.
• à l'aide du numéro d'échantillon du minimum courant et du numéro d'échantillon du minimum précédent, on déduit la durée de la période du cycle cardiaque (PerCy-).
On procède (3-07) ensuite à un lissage des données et au calcul de la fréquence (FC) :
les périodes sont lissées par une moyenne glissante par exemple sur dix valeurs.
La fréquence cardiaque est estimée en bpm (battements par minute) à l'aide de la formule suivante :
Fbpm = 60 x SamplingFrequencylnHz / HeartCyclePeriodlnSamples
À l'issue de la mise en œuvre de cette méthode, on dispose d'une bonne approximation de la fréquence cardiaque. Celle-ci peut dès lors être utilisée pour générer la bande sonore représentative du son cardiaque, selon au moins deux modes de réalisation. D'une manière générale, en relation avec la figure 4, la phase G20 de génération du son cardiaque comprend : les étapes de :
recherche (G20-1), au sein de la base de données (DBSC), à l'aide de la fréquence cardiaque courante (FCC) et en fonction d'un paramètre de recherche (ParRec), d'une fréquence cardiaque proche de la fréquence cardiaque courante, délivrant une fréquence cardiaque de référence (FCR) ;
obtention (G20-2) d'un extrait de son cardiaque de référence (ESCR), associé au sein de la base de données (DBSC), à la fréquence cardiaque de référence (FCR) ;
génération (G20-3), à l'aide de l'extrait de sorrcardiaque de référence (ESCR), du flux sonore (FS) représentatif de la fréquence cardiaque courante (FCC).
Ces étapes sont explicitées par la suite.
5.2. Premier mode de réalisation
Dans un premier mode de réalisation, le procédé de génération du flux sonore cardiaque est mis en œuvre en recourant à un son cardiaque de référence, représentatif des sons audibles SI et S2. Le son cardiaque de référence est extrait d'une base de données de sons cardiaques. Au sein de cette base de données, chaque son cardiaque est associé à une fréquence cardiaque donnée. Ainsi, par exemple, pour des fréquences cardiaques allant de 20 bpm à 240 bpm, on dispose dans cette base d'un son associé à chacune des fréquences. Pour limiter la taille de la base de données, les fréquences cardiaques sont par exemple échelonnées par pas de 10 bpm : on dispose ainsi d'un son cardiaque pour une fréquence de 20 bpm, un son pour une fréquence de 30 bpm, un son pour une fréquence de 40 bpm et ainsi de suite jusqu'à 240 bpm.
Dans ce mode de réalisation, la base de données comprend donc vingt-trois enregistrements, chaque enregistrement comprenant au moins une fréquence cardiaque et un son cardiaque associé à cette fréquence. La durée de chaque son cardiaque de la base de données est bien entendu fonction de la fréquence cardiaque à laquelle il est associé. Ainsi, un son cardiaque associé à la fréquence 100 bpm est plus rapide qu’un son cardiaque associé à une fréquence de 60 bpm. En d'autres termes, l'extrait sonore (par exemple un fichier wave© ou un fichier mp3© ou un autre format d'extrait sonore) est plus court (en temps) pour une fréquence cardiaque de 100 bpm que pour une fréquence cardiaque de 60 bpm.
Dans ce mode de réalisation, de façon basique, la mise en œuvre de la technique peut être la suivante :
obtention d’une valeur de fréquence cardiaque courante en provenance du module de détermination de la fréquence cardiaque ;
recherche, au sein de la base de données, à l'aide de la fréquence cardiaque courante, d'une fréquence cardiaque la plus proche de la fréquence cardiaque courante, délivrant une fréquence cardiaque de référence ;
obtention d'un son cardiaque de référence, associé au sein de la base de données, à la fréquence cardiaque de référence ;
génération, à l'aide du son cardiaque de référence, d'un flux sonore représentatif de la fréquence cardiaque courante.
La génération du son cardiaque de référence peut être mise en œuvre selon plusieurs techniques. La génération comprend un certain nombre d'étapes, variant en fonction des techniques employées, l'étape finale étant une étape d’adaptation en fonction de la fréquence cardiaque courante. Trois techniques de génération sont divulguées par la suite.
Une première technique consiste à ne pas modifier le son cardiaque de référence et à jouer ce son cardiaque de référence, de manière répétitive, à la fréquence cardiaque de référence tant que la fréquence cardiaque courante est proche de la fréquence cardiaque de référence : le flux sonore comprend alors une succession de sons cardiaques joués à une fréquence proche de la fréquence cardiaque de l'individu.
La fréquence cardiaque de référence est la fréquence cardiaque la plus proche de la fréquence cardiaque courante : le paramètre de recherche (ParRec) est donc « le plus proche ».
Ainsi, avec cette première technique, la fréquence cardiaque jouée dans le flux sonore n'est pas exactement la même que la fréquence cardiaque courante de l'individu : au maximum, la fréquence cardiaque courante de l’individu diffère de la fréquence cardiaque jouée dans le flux sonore de cinq battements par minutes. En effet, comme on recherche la valeur de fréquence cardiaque qui est la plus proche de celle de l'individu (par exemple 60 bpm comme référence lorsque la fréquence courante est de 63 ou encore 80 bpm comme référence lorsque la fréquence courante est de 78), la situation la plus défavorable est atteinte lorsque la fréquence courante à une valeur comprise exactement entre deux valeurs de fréquence cardiaque de référence, dans la base de données (typiquement, une valeur de fréquence cardiaque courante finissant par 5). Cependant, cette première technique présente l'avantage de la simplicité et de la rapidité de mise en œuvre, tout en donnant une approximation sonore relativement précise de la fréquence cardiaque, ce qui suffit dans une grande majorité de cas de figures. Lorsque l'extrait sonore est plus long que le temps d'un battement, la fin de l'extrait sonore est tronquée. L'étape d’adaptation correspond donc à une étape de découpe de l'extrait sonore de référence en fonction de la fréquence cardiaque courante. Cette situation se produit par exemple lorsque la fréquence cardiaque courante est plus élevée que la fréquence cardiaque de référence : l'extrait sonore de référence est donc plus long que ce qu'il devrait être. L'adaptation consiste donc à ne pas prendre en compte la fin de l'extrait de référence qui est donc coupé (ou atténué selon une technique de « fading ») : l'extrait sonore adapté est donc plus court que l'extrait sonore de référence. L'extrait sonore adapté est ensuite joué en boucle (répété) tant que la fréquence cardiaque courante ne varie pas. Lorsqu'elle varie, l'ensemble du processus est réitéré (recherche de l'extrait de référence, adaptation par troncature ou fading, etc.
Une deuxième technique, plus précise, consiste à faire varier la vitesse à laquelle le son cardiaque de référence est restitué. Cette deuxième technique ne nécessite pas de modification des fichiers sonores de la base de données en tant que telle : seule la vitesse de la répétition est modifiée. Comme pour la première technique, la valeur de fréquence cardiaque courante est utilisée pour rechercher, au sein de la base de données, une fréquence cardiaque de référence. Cependant, à la différence de la première technique dans laquelle la fréquence la plus proche est recherchée (tant négativement que positivement), dans cette deuxième technique, la valeur de la fréquence de référence retenue est la valeur immédiatement supérieure ou égale à la valeur de la fréquence courante : le paramètre de recherche (ParRec) est donc « supérieur ou égal ». Par exemple si la valeur de la fréquence courante est 65 bpm, la valeur de la fréquence de référence retenue est
70bpm. Dans cette deuxième technique, l’étape d'adaptation n'est pas présente dans la mesure où il n'y a pas de modification de l'extrait sonore de référence.
Cette deuxième technique présente plusieurs avantages par rapport à la première technique :
la fréquence de répétition des sons cardiaques est réellement celle de la fréquence cardiaque courante : ainsi, si l'individu effectue une mesure manuelle (pouls) tout en écoutant le flux sonore issu de l'invention, la sensation de synchronisation entre la mesure manuelle et la représentation sonore sera bien présente ;
le traitement n'entraine pas de chevauchement des sons cardiaques joués de manière répétitive : en effet, comme la valeur de la fréquence de référence retenue est supérieure ou égale à la valeur de la fréquence courante, on assure que la longueur du son cardiaque de l'extrait sonore du battement cardiaque est inférieure ou égale à la longueur réelle du battement ; on assure donc que la succession, à une vitesse nécessairement inférieure ou égale, d'un fichier dont la longueur du son cardiaque est inférieur à la longueur du son cardiaque courant n'entraine pas de superposition des sons cardiaques ;
le traitement est simple à mettre en œuvre et ne nécessite pas d'opérations complexes de transformation de l'extrait sonore : le son du fichier de référence est juste répété à la vitesse de la fréquence cardiaque courante.
Une troisième technique, encore plus précise, consiste à modifier le son cardiaque de référence (en produisant un son cardiaque « synthétisé ») et à restituer ce son cardiaque synthétisé en fonction de la fréquence cardiaque courante de l'individu. Cette troisième technique est plus consommatrice de ressources que les deux techniques précédemment présentées, mais elle permet de restituer le son cardiaque d'une manière fidèle par rapport à la fréquence cardiaque courante de l'individu.
Comme pour la première technique, la valeur de fréquence cardiaque courante est utilisée pour rechercher, au sein de la base de données, une fréquence cardiaque de référence. La fréquence cardiaque de référence est la fréquence cardiaque la plus proche de la fréquence cardiaque courante, que ce soit positivement ou négativement (par exemple si la valeur de la fréquence courante est 65 bpm, la valeur de la fréquence de référence retenue est 70 bpm, si la valeur de la fréquence courante est 48 bpm, la valeur de la fréquence de référence retenue est 50 bpm) : le paramètre de recherche (ParRec) est donc « le plus proche ».
Une fois la fréquence de référence obtenue, l'extrait sonore de référence est obtenu. Cet extrait sonore de référence est transmis au module d'adaptation, dans lequel un mécanisme d’adaptation est mis en œuvre : ce mécanisme consiste à allonger ou raccourcir l'extrait sonore en fonction de la fréquence courante, en tenant compte de la valeur de la fréquence de référence, pour produire l'extrait sonore synthétisé. Plus particulièrement, on effectue une réduction ou un allongement de la durée de l'enregistrement sonore de référence sans modifier sa hauteur tonale, afin de conserver l'effet subjectif de perception d'un son cardiaque correct. L’allongement ou le raccourcissement (la réduction) de la durée s’effectue par exemple en fonction d'un facteur de correction adapté, déduit par rapport à la fréquence de référence.
Une autre méthode consiste à déterminer la durée de l'extrait sonore de référence, la durée de l'extrait sonore précédent ou suivant immédiatement l'extrait sonore de référence, à calculer une différence temporelle entre ces deux durées, à multiplier cette différence par l'unité du nombre de battements de la fréquence courante et à diviser par dix (i.e. le nombre d'unités de battement entre deux fréquences cardiaques de référence). On obtient ainsi une durée (à déduire ou à ajouter) à l'extrait sonore de référence. En d'autres termes, on effectue un calcul au prorata en fonction de deux durées de deux extraits sonore formant l'intervalle au sein duquel la fréquence courante est située afin d’ajuster au mieux la durée de l'extrait sonore « synthétisé » de la fréquence cardiaque courante.
Par exemple, si la fréquence cardiaque courante est de 83 bpm, la fréquence cardiaque de référence est 80 bpm, la fréquence cardiaque qui suit immédiatement la fréquence cardiaque de référence est 90 bpm. La durée de l'extrait sonore de la fréquence cardiaque de référence est d80bPm. La durée de l'extrait sonore de la fréquence cardiaque qui suit immédiatement la fréquence cardiaque de référence est d9obpm. La différence temporelle entre ces deux extraits est dr=Abs(d90bprn. dsobpm) ; Abs() représentant la valeur absolue. Le temps à retirer de l'extrait sonore de référence est donc (3/10)* dr car trois unités de battements séparent la fréquence courante de la fréquence de référence. La fréquence de référence est moins élevée que la fréquence courante. La durée de l’extrait sonore qui devrait correspondre à la fréquence cardiaque courante serait donc plus courte que la durée de l'extrait sonore de référence : il est donc nécessaire de réduire le temps de l'extrait sonore de la fréquence cardiaque courante par rapport à la durée de l'extrait sonore de référence.
À titre de deuxième exemple, on suppose que la fréquence cardiaque courante est de 66 bpm, la fréquence cardiaque de référence est 70 bpm, la fréquence cardiaque qui précède immédiatement la fréquence cardiaque de référence est 60 bpm. La durée de l’extrait sonore de la fréquence cardiaque de référence est dyobpm. La durée de l'extrait sonore de la fréquence cardiaque qui précède immédiatement la fréquence cardiaque de référence est d6obPm. La différence temporelle entre ces deux extraits est dr=Abs(d7obPm - d6obpm) ; Abs() représentant la valeur absolue. Le temps à ajouter à l'extrait sonore de référence est donc (4/10)* dr car quatre unités de battements séparent la fréquence courante de la fréquence de référence. La fréquence de référence est plus élevée que la fréquence courante. La durée de l'extrait sonore qui devrait correspondre à la fréquence cardiaque courante serait donc plus longue que la durée de l'extrait sonore de référence : il est donc nécessaire d'augmenter le temps de l'extrait sonore de la fréquence cardiaque courante par rapport à la durée de l'extrait sonore de référence.
5.3. Deuxième mode de réalisation
Dans un deuxième mode de réalisation, le procédé de génération est mis en œuvre en recourant à un au moins deux sons cardiaques de référence, les sons cardiaques de référence représentant plus particulièrement un premier son audible (SI) de référence et un deuxième son audible (S2) de référence. Ainsi, pour une fréquence cardiaque de référence donnée, on dispose de deux extrait sonores différents : un extrait correspondant au son SI et un extrait correspondant au son S2.
La mise en œuvre est globalement la même que dans le premier mode de réalisation. La différence cependant réside dans le fait que des estimations séparées sont effectuées pour les deux sons cardiaques qui sont audibles. L'idée est d'utiliser le positionnement temporel des sons SI et S2 dans un battement du cœur. On prend le début du son SI comme référence temporelle.
Plusieurs possibilités sont offertes pour la génération. On peut par exemple faire l'hypothèse que le déclenchement du son S2 est toujours situé à un pourcentage donné (par exemple 33%) du début du battement. Dans ce cas, par exemple pour générer un extrait sonore contenant un battement de cœur à 60 bpm (ls de son) :
on crée un premier extrait sonore avec une seconde de silence et on y insère le son SI au début (t = 0 ms) ;
on crée un deuxième extrait sonore avec une seconde de silence et on y insère le son S2 avec un délai de t = 33% x ls = 333ms ;
on mixe les deux extraits sonores pour obtenir le battement cardiaque.
Un deuxième cas consiste à utiliser un calcul permettant de déduire l’écart entre les deux sons SI et S2, par exemple en fonction de la fréquence cardiaque ou encore en fonction du signal PPG. Plus particulièrement, dans le cas du signal PPG, peut par exemple être traité pour faire apparaître le point systolique et/ou l'entaille dicastolique. Le point diastolique peut marquer le début du battement (t=0 ms) et donc le début du son SI, tandis que le point systolique ou l'entaille diastolique peut marquer le début du son S2.
À Partir de ces données (écarts entre les points systoliques, écarts entre les points diastoliques), deux fréquences cardiaques sont calculées : l'une servant de base à la fréquence pour le son SI et l'autre servant de base à la fréquence pour le son S2
Le procédé de génération décrit dans le premier mode de réalisation est alors mis en œuvre, pour chacune des deux fréquences cardiaques, afin de générer deux extraits sonores qui sont ensuite mixés.
5.4. Dispositifs de mise en œuvre
On décrit, en relation avec la figure 5, les principaux composants d'un dispositif de traitement de données pour l'obtention d'un son cardiaque d’un individu, dans un mode de réalisation particulier. Un tel dispositif comprend des moyens de détermination du son cardiaque en fonction d'une fréquence cardiaque correspondants à au moins un signal photopléthysmographique délivré par au moins un capteur oxymétrique présent au sein dudit dispositif ou transmis au dispositif par un autre moyen. Il peut également comprendre des moyens de modification de l'intensité du courant traversant une diode électroluminescente d'au moins un desdits capteurs oxymétriques, en fonction d'au moins un facteur externe influant sur son fonctionnement.
Par exemple, le dispositif de traitement de données pour l’obtention d'un son cardiaque d'un individu selon la technique proposée comprend une mémoire 51 constituée d'une mémoire tampon (M), une unité de traitement 52, équipée par exemple d'un microprocesseur (μΡ), et pilotée par le programme d'ordinateur (Pg) 53, mettant en œuvre le procédé de traitement de données selon l'invention.
À l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur 53 sont par exemple chargées dans une mémoire avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 52. L'unité de traitement 52 reçoit en entrée (E) par exemple des données correspondant aux valeurs d'intensité du courant induit dans les photodiodes du ou des différents capteurs oxymétriques. Ces valeurs évoluent au cours du temps, en fonction du volume de sang circulant au niveau des zones du corps où sont placés lesdits capteurs oxymétriques. Le microprocesseur de l'unité de traitement 52 réalise alors les étapes du procédé de traitement de données pour l’obtention d'un son cardiaque d'un individu, selon les instructions du programme d'ordinateur 53, pour déterminer au moins un son cardiaque et la transmettre finalement en sortie (S) à l'utilisateur, par l'intermédiaire d'un moyen de restitution tel qu'un haut-parleur ou une transmission par réseau sans fil de type Bluetooth ou encore par casque (prose casque audio).
Plus particulièrement, le microprocesseur de l'unité de traitement 52 est apte à, ou comprend des moyens de :
- ' d'obtention d'une valeur de fréquence cardiaque courante en provenance du module de détermination de la fréquence cardiaque ;
de recherche, au sein de la base de données, à l'aide de la fréquence cardiaque courante, d'une fréquence cardiaque la plus proche de la fréquence cardiaque courante, délivrant une fréquence cardiaque de référence ;
d'obtention d'un son cardiaque de référence, associé au sein de la base de données, à la fréquence cardiaque de référence ;
de génération, à l’aide du son cardiaque de référence, d'un flux sonore représentatif de la fréquence cardiaque courante.
Par ailleurs, le microprocesseur de l'unité de traitement 52 est optionnellement apte à modifier le courant traversant une diode électroluminescente d'au moins un capteur oxymétrique de manière à optimiser les conditions pour la détermination de la fréquence cardiaque, augmentant ainsi la précision du calcul de celle-ci et par voie de conséquence la précision du son cardiaque. Ainsi, dans ce mode de réalisation spécifique, le dispositif de traitement de données pour l'obtention d'un son cardiaque comprend, outre les moyens de détermination de la fréquence cardiaque, en tant que tels :
des moyens de paramétrage de l’intensité du courant traversant une diode électroluminescente d’au moins un capteur oxymétrique à une valeur prédéterminée ;
des moyens de détermination d'un taux de saturation d'une photodiode d'au moins un capteur oxymétrique, lorsqu'une de ses diodes électroluminescentes est traversée par un courant d'intensité prédéterminée ;
des moyens de comparaison du taux de saturation d'une photodiode d'un capteur oxymétrique avec un seuil prédéterminé ;
des moyens de réduction de l'intensité du courant traversant une diode électroluminescente d'au moins un capteur oxymétrique d'une valeur de réduction prédéterminée.
Ces moyens peuvent prendre la forme d'un module électronique d'adaptation spécifique qui est mis en œuvre avant toute mesure réalisée par le dispositif.
La mise en œuvre du procédé décrit en relation avec la figure 1 n’est cependant pas limitée à une implémentation au sein d'un dispositif prenant la forme d'une montre. Ainsi, dans un autre mode de réalisation de la technique proposée, il peut être implémenté dans un module de traitement intégré au sein d'un terminal de communication (montre connectée, téléphone intelligent, tablette ou ordinateur par exemple), ou encore au sein d'un serveur distant accessible via un réseau de communication tel que le réseau Internet. Cette implémentation peut prendre la forme d'une application native dédiée ou d'une application « web », comprenant des fonctionnalités permettant la restitution sonore représentative de battements cardiaques. Selon une caractéristique particulière, un tel module de traitement est configuré pour recevoir des données mesurées par une ou plusieurs unités de mesure, dont l'une au moins comprend un capteur oxymétrique. Les différentes unités de mesure peuvent notamment être positionnées en diverses parties du corps de l'utilisateur, par exemple via des moyens adhésifs de type « patch ». Les unités de mesure disposent alors de moyens de communication des données mesurées, pour leur transmission au module de traitement. Ces moyens de communication peuvent être filaires ou sans fil (transmission Wi-Fi ou Bluetooth par exemple). Selon une caractéristique particulière, le module de traitement peut également être intégré au sein d'une des unités de mesure, qui dispose alors de moyens de transmission d'un signal photopléthysmographique vers un terminal de communication comprenant des moyens de traitement permettant d'assurer la transformation et la restitution sonore. Le dispositif sur lequel le flux sonore représentatif du flux cardiaque est destiné à être affiché n'est donc pas limité au dispositif de mesure du signal PPG ni même au dispositif de calcul de la fréquence cardiaque à partir de ce signal. Le procédé précédemment décrit peut être mis en œuvre de manière intégrée ou réparti entre plusieurs dispositifs distants qui se transmettent les données. Sans sortir du cadre de la présente invention, la technique proposée peut bien évidemment être mise en œuvre pour la restitution sonore sur des supports de type téléphone intelligents, tablettes ou ordinateur, ou encore tout autre type de support permettant de restituer des sons.
Le terme « capteur oxymétrique » utilisé dans l'ensemble de la présente description doit être entendu au sens large et ne saurait se limiter au mode de réalisation particulier décrit en relation avec la figure 2, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif. Au sens de la présente demande, le terme capteur oxymétrique doit ainsi être entendu comme tout type de capteur ou d'association de capteurs apte à être mis en œuvre pour obtenir l'intensité d'un courant induit dans une photodiode utilisée pour mesurer une quantité de lumière réfléchie par une surface de peau. En d’autres termes, le terme « capteur oxymétrique » englobe tout type de capteur apte à délivrer des données permettant, éventuellement après traitement, d'obtenir un signal de type photopléthysmographique.
Claims (4)
- Revendications1. Procédé de création d'un flux sonore cardiaque représentatif de sons produits par une succession de battements cardiaques, procédé mis en œuvre par l'intermédiaire d'un dispositif électronique, procédé caractérisé en ce qu'il comprend :une phase d'obtention (P10) d'au moins une valeur d'au moins une fréquence cardiaque courante (FCC) d’un utilisateur ;une phase de génération (G20) du flux sonore cardiaque en fonction de ladite au moins une fréquence cardiaque précédemment obtenue et d'au moins un extrait sonore de référence.
- 2. Procédé de génération selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de génération (G20) du flux sonore cardiaque comprend les étapes de :recherche (G20-1), au sein d'une base de données (DBSC), à l'aide de la fréquence cardiaque courante (FCC) et en fonction d'un paramètre de recherche (ParRec), d’une fréquence cardiaque proche de la fréquence cardiaque courante, délivrant une fréquence cardiaque de référence (FCR) ;obtention (G20-2) d'un extrait de son cardiaque de référence (ESCR), associé au sein de la base de données (DBSC), à la fréquence cardiaque de référence (FCR) ;génération (G20-3), à l'aide de l'extrait de son cardiaque de référence (ESCR), du flux sonore (FS) représentatif de la fréquence cardiaque courante (FCC).
- 3. Procédé de génération selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de génération (G20-3) du flux sonore (FS) comprend :une étape d'adaptation dudit extrait de son cardiaque de référence (ESCR) en fonction de la fréquence cardiaque courante (FCC) et dudit paramètre de recherche (ParRec), délivrant un extrait sonore adapté (ESA) ;une étape de répétition de l’extrait sonore adapté (ESA) délivrant le flux sonore (FS).
- 4. Procédé de génération selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape d'adaptation comprend une étape de réduction de la durée dudit extrait sonore de référence de sorte que la durée réduite n’excède pas la durée théorique d'un son cardiaque qui serait extrait de la fréquence cardiaque courante.
5. ' Procédé de génération selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’étape d’adaptation comprend une modification de la durée dudit extrait sonore de référence en fonction d’un facteur de correction adapté, déduit par rapport à la fréquence de référence. 6. Procédé de génération selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’étape d’adaptation comprend une modification de la durée dudit extrait sonore de référence en fonction d’un nombre de battements séparant la fréquence cardiaque courante de la fréquence cardiaque de référence et en fonction d’une fréquence cardiaque additionnelle précédent ou suivant immédiatement l’extrait sonore de référence. 7. Procédé de génération selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase d’obtention (P10) d’au moins une valeur d’au moins une fréquence cardiaque courante (FCC) d’un utilisateur comprend les étapes suivantes : création (3-01) d’un historique (HPPG) d’un nombre prédéterminé de valeurs d’un signal de type PPG (photopléthysmographique) ; à l’aide de cet historique (HPPG), séparation (3-02) des alternances positives et négatives du signal PPG, délivrant un signal positif (PPG+) et un signal négatif (PPG-) ; détermination (3-03) d’une première période cyclique cardiaque sur le signal positif (PPG+) ; détermination (3-04) d’une deuxième période cyclique cardiaque sur le signal négatif (PPG-) ; détermination (3-07) d’une fréquence cardiaque courante en fonction de la première période cyclique cardiaque et de la deuxième période cyclique cardiaque. 8. Dispositif de création d’un flux sonore cardiaque représentatif de sons produits par une succession de battements cardiaques, dispositif comprenant un processeur adapté au traitement de données cardiaques, dispositif caractérisé en ce qu’il comprend : des moyens d’obtention (P10) d’au moins une valeur d’au moins une fréquence cardiaque courante (FCC) d’un utilisateur ; des moyens de génération (G20) du flux sonore cardiaque en fonction de ladite au moins une fréquence cardiaque précédemment obtenue et d’au moins un extrait sonore de référence. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dispositif prend la forme d’une montre.10. Produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions de code de programme pour l'exécution 5 d'un procédé de création d'un flux sonore cardiaque représentatif de sons produits par une succession de battements cardiaques selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 lorsqu'il est exécuté par un processeur.1/2
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|---|---|---|---|
| FR1758059A FR3070254A1 (fr) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | Procede de production d’un son cardiaque, dispositif et programme correspondant |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR1758059A FR3070254A1 (fr) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | Procede de production d’un son cardiaque, dispositif et programme correspondant |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR1758059A Withdrawn FR3070254A1 (fr) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | Procede de production d’un son cardiaque, dispositif et programme correspondant |
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| FR (1) | FR3070254A1 (fr) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5730140A (en) * | 1995-04-28 | 1998-03-24 | Fitch; William Tecumseh S. | Sonification system using synthesized realistic body sounds modified by other medically-important variables for physiological monitoring |
| US8364249B2 (en) * | 2006-08-11 | 2013-01-29 | 3M Innovative Properties Company | Automatic generation of heart sounds and murmurs using a lumped-parameter recirculating pressure-flow model for the left heart |
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2017
- 2017-08-31 FR FR1758059A patent/FR3070254A1/fr not_active Withdrawn
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