CH615581A5 - - Google Patents

Description

La présente invention se rapporte à des transducteurs. Les transducteurs selon la présente invention peuvent être utilisés comme moniteurs des pulsations cardiaques et sont décrits et revendiqués dans le brevet suisse N° 540041.

Dans le brevet précité, il est décrit et revendiqué un moniteur cardiaque et un indicateur personnel de pouls dans lequel une boîte de montre comporte des moyens horaires, un transducteur pour la détection des battements de cœur, des moyens de comparaison dans lesquels on dérive des signaux d'horloge et des signaux du transducteur, un signal représentant le taux de pulsations cardiaques par unité de temps et des moyens d'affichage représentant l'heure du jour ainsi que le taux de pulsations cardiaques.

L'invention a pour objet un transducteur pour détecter le rythme cardiaque et délivrer un signal de sortie dont la fréquence correspond à ce rythme cardiaque, comprenant une source de lumière et un détecteur, caractérisé par le fait qu'il comporte une diode émettrice de lumière placée de façon à émettre de la lumière .en direction de la peau d'un usager pour transilluminer une surface de tissu de peau, et un détecteur opto-électronique placé à proximité de cette surface de tissu de peau de manière à entourer cette diode pour capter le plus de lumière provenant de cette diode et émise à partir de cette surface de tissu de peau et délivrant un signal de sortie, en réponse aux variations du flux de sang artériel, comprenant une composante de fréquence correspondant au rythme cardiaque à détecter.

Le dessin annexé illustre schématiquement à titre d'exemple une forme d'exécution de la présente invention.

Les fig. 1 et 2 sont des élévations en coupe d'une première et d'une seconde forme d'exécution respectivement,

la fig. 3 est une vue en plan de la deuxième forme d'exécution.

La première forme d'exécution sera décrite maintenant en référence à la fig. 1, qui est une élévation en coupe d'un transducteur comprenant un substrat transparent 10 sur la surface inférieure duquel est montée une diode émettrice de lumière 11 avec ses connexions en vue de son excitation comprenant un contact de base en métal 12 et des fils 13, ainsi qu'un contact en métal supérieur 14. Le contact 14 présente une ouverture circulaire 15 au travers de laquelle la lumière provenant de la diode émettrice de lumière 11 est émise. Sur la face supérieure du substrat 10, on a déposé un contact annulaire métallisé 16 présentant une ouverture circulaire 17, le contact 16 étant connecté à un circuit de sortie (non illustré) au moyen d'un trou traversant formant borne 18. Une jonction photovoltaïque PN est formée par la déposition d'une couche 19 de sulfure de cadmium (CdS) sur le contact 16 et en superposant une couche annulaire 20 de sulfure de cuivre (CuîS) présentant une ouverture circulaire 21. La couche 20 est reliée par une borne traversante 22 à un contact 23, et finalement la partie supérieure de l'ensemble est encapsulée dans une couche de résine transparente 24, dont au moins la surface 24a doit être compatible avec la peau humaine et ne causer ni souffrance, ni réaction adverse même après un contact prolongé avec la peau. La matière d'encapsulage peut être mise en forme de manière à obtenir des performances optimales, par exemple en ayant une surface extérieure concave et en utilisant la périphérie d'une boîte de montre sur laquelle le transducteur est monté pour réaliser un joint adéquat à la lumière. En variante, un joint flexible peut être prévu.

Les ouvertures 15,17 et 21 sont dimensionnées et positionnées de manière à assurer que la lumière émise par la diode émettrice 11 n'atteigne pas les contacts et les couches associés.

Le transducteur peut être utilisé dans un détecteur de pulsations cardiaques comme décrit dans le brevet précité, et faire usage d'un circuit électronique illustré et décrit en référence aux fig. 5, 6 et 7 de ce brevet.

Bien que ce transducteur puisse être opéré avec une entrée continue, il est préférable, pour son fonctionnement, que celui-ci soit effectué en excitant la diode émettrice de lumière 11 par une entrée puisée, ou au moins une entrée cyclique, présentant une fréquence beaucoup plus grande que le taux normal des battements du cœur. Ainsi, la fréquence d'entrée peut être de 1000 Hz, et est appliquée aux contacts 12 et 14. La lumière est alors émise sous la forme d'impulsions à partir de la diode émettrice de lumière 11, et passe à travers les ouvertures 15,17 et 21, de manière à illuminer par transparence des tissus adjacents de la peau. La lumière est réfléchie par les tissus de la peau et tombe sur la surface active du transducteur, c'est-à-dire la couche Cu2S 20, pour produire un signal de sortie aux contacts 18 et 22, la fréquence de modulation du signal de sortie correspondant au temps de battement cardiaque.

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La seconde forme d'exécution sera décrite en référence aux fig. 2 et 3 ; la fig. 2 étant une coupe en élévation, la fig. 3 étant une vue en plan, suivant la direction de la flèche A de la fig. 2. Un transducteur comprend un substrat en verre 25 sur lequel est laminé un film plastique isolant 26 qui sert à isoler des régions métallisées de contacts discrets 27, 27a, 27b et 28 du substrat 25 et qui constitue les connexions électriques du transducteur.

Une jonction photovoltaïque PN est formée en déposant une couche 29 de CdS sur la région supérieure d'une portion métallisée du film 26 et en déposant en outre une couche annulaire 30 de Cu2S présentant une ouverture centrale 31.

Une ouverture traversante 32 est formée dans le substrat 25, dans la couche 29 de CdS et dans le film 26, et un ensemble source de lumière comprenant une diode émettrice de lumière 33 fixée avec de la résine époxy 34 à l'intérieur d'un tube en acier inoxydable ouvert à une extrémité 35 est positionné dans l'ouverture 32 et fixé par de la résine époxy 36. Des fils 37 et 38 sont prévus pour exciter la diode émettrice de lumière 33.

La couche 30 de Cu2S est reliée électriquement à un contact 39 par une région 27, par une région en forme de C 27a et par une région radiale 27b. Des connexions électriques à la couche CdS 29 sont réalisées au moyen de la région 28. Les régions 27 et 28 sont toutes deux formées de manière à passer sur le côté inférieur du substrat 25 de manière à créer des contacts électriques de sortie.

L'ensemble complet tel que décrit jusqu'ici est surmonté par un encapsulage en verre 41 et contenu à l'intérieur d'un flasque annulaire en acier inoxydable 42 qui est utilisé pour le montage du transducteur, par exemple, dans le fond d'une montre-bracelet. La surface interne du flasque est prévue avec une couche isolante de manière à éviter de court-circuiter électriquement les régions 27, 27a, 27b et 28. Le fonctionnement du transducteur est généralement décrit en référence à la fig. 1, à l'exception du fait que les impulsions d'excitation sont délivrées à la diode émettrice de lumière 33 par les fils 38 et 37. La lumière est émise sous la forme d'impulsions par la diode émettrice de lumière 33 et les parois opaques du tube 35 assurent que l'arrivée de rayons de dispersion de lumière sur les éléments du transducteur 25, 26, 29 et 30 est minimisée. On réalise la transillumination des tissus de peau, auxquels le transducteur est appliqué, et la lumière réfléchie en arrière de la peau et donc sur la surface active du transducteur, c'est-à-dire le film 30 de Cu2S, pour produire un signal de sortie qui est dérivé des régions 27 et 28.

La sortie peut être alimentée au circuit tel que décrit dans le brevet précité ou à des circuits similaires.

La peau humaine étant raisonnablement bon transmetteur de lumière visible et proche infrarouge et, tout au moins dans les couches externes, aucun changement dans la transmission ou absorption n'est observé sur les faibles périodes de temps qui sont prises en considération. Toutefois, les couches inférieures des tissus de peau sont irriguées avec du sang pour leur fonctionnement correct et c'est l'interaction de ce sang avec la lumière incidente qui produit les modifications dans le niveau de lumière réfléchie.

Les tissus sont alimentés avec du sang artériel à partir du cœur par l'intermédiaire d'un réseau complexe d'artérioles et de capillaires. Le sang artériel coule par impulsions qui décroissent d'intensité le long du circuit artériel, la chute majeure de pression dans les impulsions s'effectuant avant que ce sang ne circule dans les capillaires. Ainsi, le circuit de retour du sang veineux peut être ignoré.

Les artères principales sont généralement situées profondément, mais les artérioles et les capillaires sont beaucoup plus proches de la surface de la peau et sont disposés suivant des circuits complexes couplés en parallèle entre les artérioles et les veines.

Tandis que les artérioles et les capillaires sont très élastiques aux impulsions du sang, on pense que ce sont certaines propriétés du sang plus que le mouvement des parois vasculaires sous la surface de la peau qui provoquent les modifications de réflectivité. Il y a deux mécanismes qui peuvent provoquer ces changements ; les deux sont complexes et interconnectés, et ils se rapportent:

a) au volume d'une impulsion de sang à l'intérieur du tissu de peau, et b) à la teneur en oxygène du sang.

Si l'on considère ces deux phénomènes d'absorption ensemble, et que l'on assume que l'absorption de lumière due au volume de sang à l'intérieur des impulsions artérielles constitue le fait dominant, il apparaît que l'utilisation de lumière dans une plage de longueur d'onde de 500 à 600 nm donnerait lieu à l'absorption de lumière maximale pendant l'impulsion sanguine. Toutefois, il faut bien entendu qu'il y ait suffisamment de lumière réfléchie par le sang contenu dans les tissus pour activer le transducteur, de sorte qu'un fonctionnement de la source lumineuse dans une plage de 600 à 650 nm produit une plus faible valeur absolue du niveau d'absorption de lumière et, ainsi, une plus grande intensité de la lumière réfléchie.

Un changement de signal est également produit par les modifications en teneur en oxygène du sang pendant l'impulsion artérielle, et cela tend à réduire sensiblement l'absorption maximale qui est escomptée pendant la pointe de l'impulsion artérielle et, ainsi, de l'amplitude du signal.

La surface extérieure de la peau humaine est connue pour avoir un facteur de transmission sensitif spectral mais, dans le domaine pris en considération, il n'y a pas de modification dans les niveaux de transmission telle que cet effet doive être pris en considération.

Cette invention n'est pas restreinte à la forme du transducteur décrit à titre d'exemple, ni à l'utilisation avec un circuit électronique tel que décrit dans le brevet précité; des modifications et d'autres circuits peuvent être utilisés. Ainsi, en général, le signal dérivé à partir du transducteur sera utilisé pour alimenter un affichage, qui peut être un affichage à cristaux liquides, indiquant le taux de battements cardiaques bien que, dans certains cas, le signal puisse être utilisé pour activer une alarme à distance si le taux de battements cardiaques se déplace en dehors d'une plage prédéterminée, ou pour actionner un indicateur situé à distance. De telles exécutions sont particulièrement utiles pour des plongeurs ou des pilotes ou les personnes travaillant dans un environnement dangereux. Dans tous les cas, le taux de battements cardiaques peut être enregistré si nécessaire.

Un transducteur associé avec une alarme à distance peut constituer la base d'un moniteur d'enfants destiné à être utilisé par exemple dans des incubateurs dans lesquels des enfants prématurés sont placés. On a trouvé qu'un bon signal peut être obtenu en positionnant le transducteur sur le front d'un bébé.

De nouveau, bien que le transducteur et les moyens d'affichage associés puissent être placés dans un boîtier de montre, par exemple un boîtier de montre-bracelet, il n'est pas essentiel que ce boîtier de montre contienne également un affichage du temps. De telles variantes de l'invention permettent d'obtenir des moniteurs de rythmes cardiaques très simples, faciles à porter, qui peuvent être utilisés pour déterminer très rapidement si une personne accidentée est vivante ou non, simplement en plaçant le moniteur sur une partie exposée de la peau de la personne.

Si un affichage du temps est également prévu, le rythme cardiaque et l'affichage du temps peuvent tous deux être affichés continuellement et simultanément ou, pour économiser de la puissance électrique, l'un ou l'autre des affichages peut être réalisé seulement lorsqu'il est sélectionné par l'usager.

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1. Transducteur pour détecter le rythme cardiaque et délivrer un signal de sortie dont la fréquence correspond à ce rythme cardiaque, comprenant une source de lumière et un détecteur, caractérisé par le fait qu'il comporte une diode émettrice de lumière (11) placée de façon à émettre de la lumière en direction de la peau d'un usager pour transilluminer une surface de tissu de peau, et un détecteur opto-électronique (19, 20) placé à proximité de cette surface de tissu de peau de manière à entourer cette diode pour capter le plus de lumière provenant de cette diode et émise à partir de cette surface de tissu de peau et délivrant un signal de sortie, en réponse aux variations du flux de sang artériel, comprenant une composante de fréquence correspondant au rythme cardiaque à détecter.

2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le détecteur opto-électronique est une cellule photoconductrice en sulfure de cadmium et séléniure de cadmium.

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REVENDICATIONS

3. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le détecteur opto-électronique est une diode photovoltaïque en un matériau choisi parmi le silicone, le sélénium et le sulfure de cadmium/sulfure cuivreux.

4. Transducteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le détecteur opto-électronique (19, 20) présente la forme d'un anneau, la diode (11) étant placée au centre de cet anneau.

5. Transducteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comporte un substrat électriquement isolant (25) sur lequel est formée une jonction photovoltaïque PN comprenant une couche de sulfure de cadmium (29) sur la surface de laquelle se trouve un anneau en sulfure cuivreux (30) pour former une couche de surface sensible à la lumière, chacune de ces couches étant reliée à des bornes de sortie par des passages conducteurs de l'électricité (27, 27a, 27b, 28) formés sur un film isolant sur le substrat.

6. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la diode est une diode émettrice de lumière (33) contenue dans un récipient opaque (35) ouvert à une extrémité à l'intérieur du détecteur opto-électronique pour minimiser l'incidence des rayons de lumière perdue sur la surface du détecteur.

7. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le signal est périodique et que sa fréquence est choisie en fonction de la sensibilité à la fréquence du détecteur opto-électronique et du rapport entre l'absorption et la réflexion du sang.

8. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un joint sur sa périphérie pour l'isoler de la lumière extérieure et assurer un bon contact avec cette surface de tissu de peau.

9. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un affichage solid state et des moyens de sélection permettant d'afficher sélectivement l'heure et le rythme cardiaque.