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CA 02457616 2004-02-13
WO 03/015625 PCT/CH02/00444
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DISPOSITIF DE MESURE D'AU MOINS UN PARAM~TRE PHYSIQUE
DANS UNE CAVITE DE L'ORGANISME D'UN ETRE VIVANT
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif de mesure d'au moins un
paramètre physique, notamment de la pression et/ou de la température à
l'intérieur d'une cavité de l'organisme d'un étre vivant, et/ou de commande
d'une fonction d'un équipement implanté dans cet organisme, comportant
d'une part une capsule implantée dans cette cavité, ladite capsule contenant
au moins un capteur de mesure dudit paramètre physique, ou de commande
d'un actuateur implanté dans cet organisme, des moyens de traitement des
signaux générés par ledit capteur, des moyens de communication de données
correspondant auxdits signaux traités, et une unité de mémoire et d'autre part
un appareil de lecture disposé à l'extérieur de l'organisme dudit être vivant
et
agencé pour interpréter et afficher lesdites données correspondant auxdits
signaux.
Technique antérieure
II existe actuellement peu de dispositifs permettant de mesurer un paramètre
physique du corps humain de façon directe. Ceux qui existent sont très
spécifiques à l'application pour laquelle ils sont conçus et ne peuvent pas
étre
adaptés à d'autres applications.
Ä titre d'exemple, il existe des sondes qui permettent de mesurer le débit
d'un
liquide, par exemple le sang, par effet Doppler. Une telle sonde ne permet pas
de mesurer un paramètre dans un milieu non liquide. En outre, la sonde
envoie de façon continue ou intermittente, des signaux correspondant aux
valeurs de la grandeur physique qu'elle mesure. II est donc nécessaire de
disposer en continu, d'un appareil de lecture à proximité de la sonde. II
n'est
pas possible d'équiper un patient avec un tel dispositif et de mémoriser des
mesures pendant une longue période.
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La publication internationale WO 00/32092 décrit un dispositif de détection de
paramètres dans le système vasculaire implanté dans le corps et faisant
partie d'un autre équipement médical tel qu'un stent, un filtre
intravasculaire
ou similaire. II comporte un transducteur permettant de détecter les
conditions
de pression, de débit ou de vitesse du flux sanguin. Les signaux sont transmis
par radiofréquences sur des moyens d'affichage extérieurs à l'organisme.
La publication allemande DE 29 41 363 A1 décrit un dispositif de mesure de la
conductivité de liquides de l'organisme humain. Ce dispositif comporte un
capteur qui est associé à un émetteur de radiofréquences en vue de la
transmission des signaux de mesure vers un dispositif de stockage extérieur.
Le brevet américain numéro US 5,861,018 décrit un dispositif de
communication par ultrasons entre un dispositif médical, tel que par exemple
IS un stimulateur cardiaque, et une unité de commande extérieure.
Tous ces dispositifs ont des domaines d'application limités et le résultat
d'une
mesure doit étre utilisé de façon directe et immédiate par une personne
responsable. Ils ne permettent pas une adaptation à diverses applications et
ne sont pas conçus pour des utilisations sous diverses conditions.
Exposé de l'invention
La présente invention se propose de pallier les inconvénients des dispositifs
existants en réalisant une gamme d'appareils qui peuvent être utilisés pour
mesurer des nombreux paramètres différents pour diverses applications et
dans des conditions variables.
Ces buts sont atteints par un dispositif tel que défini en préambule et
caractérisé en ce que lesdits moyens de communication comportent un
transducteur ultrasonique agencé pour transformer lesdits signaux en ondes
ultrasoniques, pour transmettre les données sous la forme d'ondes
ultrasoniques de la capsule vers ledit appareil de lecture et pour transmettre
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les données dudit appareil de lecture vers la capsule, ou de la capsule ou de
l'appareil de lecture vers ledit actuateur.
Selon un premier mode de réalisation, les moyens de traitement comportent
au moins un conditionneur et au moins un microcontrôleur.
Avantageusement, le dispositif comporte au moins une unité de mémoire
agencée pour mémoriser les données traitées par lesdits moyens de
traitement provenant du capteur.
Ladite unité de mémoire est de préférence une mémoire non volatile.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les moyens de
communication sont distincts des moyens de traitement et comportent un
dispositif de gestion de la communication des données vers ledit appareil de
lecture externe.
De façon avantageuse, le transducteur est logé dans la capsule.
Afin de permettre la transmission des ondes ultrasoniques, la capsule peut
comporter une zone résonnante disposée à proximité du transducteur.
Selon une variante de réalisation, le dispositif comporte au moins deux
capteurs indépendants. Au moins l'un de ces capteurs est un capteur de
pression.
Selon une forme de réalisation avantageuse, le microcontrôleur comporte des
moyens pour discriminer des signaux provenant de l'organisme de l'être vivant
dans lequel il est implanté, de signaux créés artificiellement depuis
l'extérieur.
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Pour certaines applications, le dispositif est de préférence formé d'au moins
deux modules, l'un des modules comportant ledit capteur, ou ledit
transducteur.
Pour faciliter son retrait, la capsule peut comporter des moyens d'accrochage
d'un fil de liaison.
Afin de faciliter la lecture de données mémorisées, la capsule peut comporter
des contacts électriques accessibles depuis l'extérieur de la capsule.
Dans le cas où la capsule comprend plusieurs modules, chaque module peut
comporter des contacts électriques associés à des contacts électriques
similaires du module adjacent.
Par ailleurs, chaque module peut comporter des moyens de fixation au
module adjacent.
Selon une forme de réalisation avantageuse, la capsule peut comporter des
moyens d'alimentation en énergie électrique. Ces moyens d'alimentation
peuvent comporter au moins une bobine agencée pour fournir de l'énergie
électrique par induction.
Dans le cas où le capteur est par exemple un capteur de pression, la capsule
comporte des trous agencés pour mettre en contact le capteur avec le milieu
dans lequel il est placé.
Selon une variante constructive, le capteur est fixé à l'extérieur de la
capsule.
Description sommaire des dessins
La présente invention et ses avantages seront mieux compris en référence à
la description des différents modes de réalisation et aux dessins annexés,
dans lesquels
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S
- la figure 1 est un schéma de principe de l'équipement électronique d'une
première forme de réalisation du dispositif selon l'invention,
S - la figure 2 1 est un schéma de principe de l'équipement électronique d'un
deuxième mode de réalisation de l'invention,
- la figure 3 représente le dispositif de l'invention en coupe selon une
première variante, et
- la figure 4 est une vue en coupe d'une deuxième variante du dispositif.
Manières de réaliser l'invention
En référence aux figures, le dispositif selon l'invention est constitué d'un
premier composant qui est destiné à être implanté en général temporairement
dans une cavité de l'organisme d'un étre vivant, ce premier composant se
présentant sous la forme d'une capsule 21 dont des modes de réalisation
seront décrits en détail en référence aux figures 2 et 4, et d'un second
composant qui est destiné à rester à l'extérieur de cet organisme, ce second
composant se présentant sous la forme d'un appareil de lecture 20 de
données transmises par le premier composant.
Dans une première forme de réalisation du dispositif, à l'intérieur de la
capsule est logé un équipement électronique 10, tel que représenté de façon
schématique par la figure 1, qui comporte un capteur 11 agencé pour mesurer
un paramètre déterminé, des moyens 12 de traitement de signaux générés
par le capteur 11 combinés avec des moyens de communication 17 de
données correspondant auxdits signaux, une unité de mémoire 13 et des
moyens d'alimentation 14 en énergie.
Le capteur 11 est adapté à l'application du dispositif. II est agencé pour
mesurer un ou plusieurs paramètres déterminés et transformer les valeurs
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mesurées en signaux électriques représentatifs de ces valeurs. Ä titre
d'exemple, il est possible de mesurer une pression, une contrainte, une
température, un rythme cardiaque ou la présence d'éléments chimiques.
Les moyens de traitement 12 sont formés essentiellement d'un conditionneur
et d'un microcontrôleur 16. Le conditionneur 15 reçoit comme signal
d'entrée, les signaux provenant du capteur 11. Ceux-ci sont mis en forme,
c'est-à-dire notamment amplifiés et filtrés, de façon à les rendre utilisables
par
le microcontrôleur 16 qui les traite ensuite de façon à générer un signal qui
10 contient sous forme codée, l'information provenant du capteur 11. Le
microcontrôleur 16 peut être conçu pour traiter des signaux numériques et/ou
analogiques. Le conditionneur 15 et le microcontrôleur 16 peuvent ëtre
réalisés sur un même support. Les moyens de traitement 12 sont agencés
pour effectuer des opérations de traitement des signaux comme le calcul de
15 valeurs moyennes, la détection de seuil, l'évaluation de fréquences
d'apparition de phénomènes, etc. Ils comprennent également des moyens de
communication 17 qui, dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 1,
sont intégrés, et qui sont agencés pour communiquer directement les
données à l'appareil de lecture 20 ou à l'unité de mémoire 13.
Dans ce dernier cas, le signal contenant les informations est introduit dans
l'unité de mémoire 13 pour pouvoir être utilisé après la mesure. La mémoire
peut-être du type EEPROM, ce qui permet de mémoriser plusieurs dizaines
de milliers de mesures, tout en offrant la possibilité d'effacer le contenu ou
de
le garder en mémoire pendant plusieurs années. Les capacités
d'enregistrement des informations sont de plusieurs milliers de points de
mesure et la rétention de cette information après inscription est supérieure à
40 ans.
Les moyens d'alimentation 14 en énergie peuvent être constitués d'une pile,
d'une batterie ou d'une supercapacité. Ils peuvent également être constitués
d'une bobine qui peut alimenter l'ensemble des composants électroniques par
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induction. Cette dernière variante est intéressante lorsqu'un apport important
ou régulier d'énergie est nécessaire. Dans ce cas, il n'est peut-être pas
possible d'intégrer une source contenant suffisamment d'énergie dans le
volume disponible. Le fait de pouvoir recharger la capsule en énergie, à
distance et sans contact, permet de ~ résoudre ce problème. De façon
générale, les composants électroniques sont choisis pour avoir une
consommation particulièrement faible puisque le volume disponible à
l'intérieur de la capsule pour stocker l'énergie est très faible.
II existe également des façons d'économiser l'énergie disponible, notamment
en mettant l'électronique en veille lorsque cela est possible. En particulier,
il
est possible d'alimenter le capteur uniquement lorsque des mesures sont
effectuées, par exemple toutes les secondes pendant une durée de 1/10 de
seconde, et d'alimenter les composants uniquement lorsqu'ils sont actifs. II
est
également possible d'utiliser ce mode d'alimentation aussi longtemps que les
valeurs mesurées restent dans une plage prédéfinie et d'alimenter le
dispositif
en continu ou avec une fréquence supérieure lorsque la valeur mesurée du
paramètre sort de cette plage.
Dans un second mode de réalisation dont l'équipement électronique 10 est
illustré schématiquement par la figure 2, les composants mentionnés en
référence à la figure 1 sont également présents. Dans cette variante,
l'équipement électronique 10 peut comporter en outre un deuxième capteur
11' et est pourvu de moyens 17 de communication de données correspondant
auxdits signaux générés par le capteur 11 et éventuellement le capteur 11'.
Les moyens de communication 17 qui, dans ce cas sont distincts de moyens
de traitement 12, sont constitués d'un dispositif 18 de gestion de la .
communication et d'un transducteur ultrasonique 19. Le dispositif de gestion
18 de la communication permet notamment de déterminer tous les
paramètres de communication, en particulier la fréquence et la durée
d'émission, le nombre de mesures transmises, les paramètres de sensibilité,
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le choix d'un capteur si le dispositif en contient plusieurs, un ordre de
stocker
des informations ou une fréquence de mémorisation.
Le transducteur ultrasonique 19 transforme les signaux électriques du
microcontrôleur 16 en ondes ultrasoniques pouvant être transmises à distance
sans connexion. Ces ondes ultrasoniques sont modulées de façon à
transmettre des données correspondant aux signaux générés par le capteur
11 et sont transmises à un appareil de lecture 20 approprié.
Dans ce mode de réalisation, il est possible de commander l'ensemble du
dispositif à distance, sans aucune connexion directe. Ä cet effet, les signaux
générés par le capteur 11 peuvent être codés. Ces signaux sont interprétés
par les moyens 12 de traitement des signaux comme une commande pouvant
par exemple être un enclenchement ou un déclenchement des mesures, une
modification d'une fréquence de transmission ou toute autre commande
intéressante pour l'application donnée.
Les figures 3 et 4 illustrent deux modes de réalisation concrets de
l'invention.
L'ensemble des composants décrits en référence aux figures 1 et 2 est
disposé dans la capsule 21. Cette capsule est de préférence réalisée en titane
pour des raisons de bio-compatibilité avec l'organisme. Toutefois, tout autre
matériau présentant les mêmes garanties et les mêmes propriétés
techniques, notamment de résistance mécanique pourrait être utilisé. Le choix
des matériaux pourra être fait en fonction de l'application.
Dans l'exemple illustré par la figure 3, le capteur 11 est un capteur de
pression. La capsule est pourvue de trous 22 qui permettent au capteur de
mesurer des pressions ou des variations de pression. Le capteur a également
un rôle de barrière étanche pour isoler l'intérieur de la capsule du milieu
extérieur.
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La paroi de la capsule comporte une plage de faible épaisseur qui forme une
zone résonnante 23 pouvant ëtre assimilée à une membrane vibrante. Le
transducteur 19 est disposé dans la capsule de telle façon que le résonateur,
c'est-à-dire la partie du transducteur produisant les vibrations, soit en
contact
avec cette zone. La forme du transducteur et de la zone résonnante permet
de définir un cône de propagation d'ondes ultrasoniques qui peut être plus ou
moins large et ouvert en fonction de l'application.
Dans cet exemple, la capsule comporte un organe d'accrochage 24 auquel
peut par exemple être fixé un fil (non représenté). Celui-ci permet de retirer
la
capsule lorsque son utilisation n'est plus nécessaire.
II est également possible de prévoir des contacts électriques 25 en périphérie
de la capsule pour transmettre les valeurs mesurées à l'aide d'un câble de
connexion conventionnel (non représenté) lorsque cette capsule est retirée du
corps du patient.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 4, la capsule 21 est
constituée de plusieurs modules distincts. Un premier module 26 comprend le
capteur 11 ainsi que des connexions électriques 27 qui le relie à des bornes
accessibles à l'extérieur du module. Le deuxième module 28 comprend le
transducteur 19 et des connexions électriques 29 similaires aux connexions
27 du premier module 26. Le troisième module 30 est placé entre les deux
précédents et contient les autres composants constitutifs de l'équipement
électronique 10 ainsi que des connexions électriques à chaque extrémité.
Chacun des modules comporte des moyens de fixation (non représentés) du
module adjacent, réalisés par exemple sous la forme d'une fixation du type à
baïonnette. Ce type de fixation garantit un positionnement précis des
éléments les uns par rapport aux autres, ce qui permet d'établir un
raccordement électrique fiable et de transmettre des signaux entre les
différents modules.
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Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant par le fait qu'il est
possible d'ajouter ou de retirer facilement le transducteur 19 et de changer
de
type de capteur sans changer la totalité du dispositif. II est également
possible
d'inclure dans le premier module 26, un dispositif 31 de prétraitement des
5 signaux de telle façon que, quel que soit le capteur utilisé, le signal de
sortie
du premier module est utilisable par un même, qui peut ëtre intégré dans le
troisième module 30.
Le fonctionnement du dispositif de l'invention est décrit ci-dessous en
10 référence à deux exemples d'utilisation. Dans le premier exemple,
schématisé
par les figures 1 et 3, on mesure la pression à l'intérieur d'une cavité du
corps
humain et en particulier dans le rectum. Une telle mesure est particulièrement
utile lors des accouchements au cours desquels l'organisme est soumis à des
contraintes de pression particulièrement élevées qui peuvent engendrer des
lésions irréversibles. Ä cet effet, la capsule 21 peut être fixée à un fil de
liaison, puis introduite dans le rectum. La pression est mesurée par le
capteur
de pression 11, par exemple toutes les trente secondes. Les signaux générés
par le capteur, qui sont représentatifs des valeurs de la pression mesurée,
sont transmis aux moyens 12 de traitement des signaux. Les valeurs sont,
d'une part, mémorisées dans la mémoire 13 et d'autre part, transmises vers
l'appareil de lecture 20 à l'aide du transducteur 19. A cet effet, les valeurs
mesurées sont transformées en signaux codés qui sont envoyés sous forme
d'ondes ultrasoniques par le transducteur 19 à travers les tissus du patient.
Les ondes sont reçues par un appareil de lecture 20 approprié qui décode les
signaux de façon à en extraire les informations pertinentes. Ces informations
peuvent alors être visualisées sur un écran d'affichage ou être traitées dans
un dispositif de traitement tel qu'un ordinateur. L'appareil de lecture peut
également être associé à un dispositif d'alerte qui émet un signal d'alarme
visuel ou sonore lorsque la valeur mesurée du paramètre physique dépasse
une certaine valeur de seuil. Dans le cas d'un accouchement, le dépassement
d'une pression de seuil implique qu'il est nécessaire d'intervenir pour éviter
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des problèmes physiologiques. Lorsque les mesures sont terminées, la
capsule 21 peut être retirée du patient grâce au fil de liaison.
Un autre mode d'utilisation est décrit en référence à la figure 2. Dans ce
mode
de réalisation, l'un des capteurs 11' est par exemple un capteur chimique qui
détecte la présence ou l'absence d'un composé particulier. L'autre capteur est
un capteur de pression 11 similaire à celui de la figure 1. Lorsque le
dispositif
est utilisé, le premier capteur 11' peut par exemple prendre une mesure tous
les quarts d'heure et émettre un signal représentatif du résultat de la mesure
par le transducteur 19 à un appareil de lecture 20 disposé à l'extérieur du
patient. Ce signal peut indiquer la présence ou l'absence du composé
recherché ou, par exemple, le taux de ce composé. Le deuxième capteur 11
est agencé pour recevoir des ondes de pression provenant de l'extérieur. Ces
ondes peuvent être générées par l'appareil de lecture 20 et comporte des
informations sous forme codée. Ces ondes peuvent être du type de celles
utilisées, par exemple, lors d'échographies. Les signaux détectés par le
capteur de pression 11 sont introduits dans le microcontrôleur 16 qui en
extrait les informations pertinentes. Ce mode de réalisation permet, entre
autres, de modifier la fréquence des mesures, un niveau de sensibilité,
l'effacement d'une zone de la mémoire, un seuil de sensibilité ou d'autres
paramètres.
Dans ce mode de réalisation, les informations peuvent être transmises à un
appareil de lecture disposé à l'extérieur du corps humain, mais elles peuvent
également être transmises à un dispositif placé dans le corps humain ou en
contact avec celui-ci. Ce dispositif peut être un actuateur tel qu'une pince
par
exemple, qui peut prélever un tissu, ou un réservoir de produits
médicamenteux, par exemple un anesthésiant, ce réservoir étant pourvu
d'une vanne commandée destinée à libérer un volume déterminé de
substance dans l'organisme. Cet actuateur peut également être agencé pour
déclencher l'enregistrement de photographies par exemple.
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II est ainsi possible de créer un réseau d'équipements qui communiquent
entre eux et avec un ou plusieurs appareils de lecture disposés en dehors du
corps humain.
S Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport
aux dispositifs de l'art antérieur. En effet, au vu de ses dimensions
réduites,
généralement inférieure à dix mm de longueur et quatre mm de diamètre, la
capsule peut être introduite relativement facilement dans le corps d'un
patient,
de façon permanente ou temporaire. Les mesures peuvent être mémorisées
et/ou envoyées à un appareil de lecture distant. II est également possible de
transmettre des commandes depuis l'extérieur vers le dispositif, ce qui permet
de faire évoluer les mesures en fonction des besoins.
Selon le capteur utilisé, de nombreux paramètres peuvent ëtre mesurés, ce
qui permet une grande variété d'applications. II est ainsi possible de
connaître
la valeur, en temps réel, de paramètres qu'il peut être particulièrement utile
de
connaître, mais qui n'ont actuellement jamais pu être mesurés.
Dans les modes de réalisation représentés, un ou deux capteurs ont été
utilisés. II est bien entendu possible d'utiliser d'autres capteurs pour
autant
que le dispositif comporte suffisamment de place disponible. En ce qui
concerne la version modulaire telle que décrite en référence à la figure 4, il
est
également possible d'ajouter différents modules contenant différent capteurs
de mesure.
