Brevet FR2017238A1 — publié le 19700522

L'invention concerne un stimulateur cardiaque contenant un générateur d'impulsions électriques, des conducteurs servant à appliquer les impulsions engendrées à des électrodes disposées auprès du coeur du patient, un accumulateur servant à fournir de l'énergie au générateur drimpulsions, un récepteur à ondes de radiofréquence, et un redresseur disposé entre le récepteur et l'accumulateur. Dans un stimulateur cardiaque de ce genre, il a déjà été proposé de prévoir un émetteur alimenté par l'accumulateur pour émettre des ondes électromagnétiques qui présentent au moins une caractéristique dépendant de 11 état fonctionnel d'un composant du stimulateur. L'émetteur proposé permet de déterminer à tout moment la tension de l'accumulateur et en outre de contraler la durée des impulsions et leur fréquence. L'invention est basée sur le fait qu'en général il doit suffire de surveiller simplement la charge de l'accumulateur et d'éviter ainsi l'effort nécessaire à l'émetteur. Le stimulateur cardiaque selon l'invention est caractérisé par le fait que le générateur d'impulsions comporte au moins un élément de circuit qui est conçu pour faire varier la caractéristique d'impulsions en fonction d'un courant de charge appliqué par le redresseur à l'accumulateur. Dans ce cas, de préférence, la période de la caractéristique d'impulsions est seule modifiée en fonction du courant de charge, de sorte qu'en mesurant simplement les pouls du patient on peut déterminer si l'accumulateur se charge avec l'intensité correcte de courant. En outre, il est très avantageux de prévoir entre le redresseur et l'accumulateur-un dispositif servant à stabiliser le courant de charge. Un mode d'exécution de l'invention est représenté par les dessins sur lesquels - la figure 5 montre le schéma électrique du stimulateur cardiaque, et - la figure 2 est un diagramme expliquant son mode de fonctionnement. Le stimulateur cardiaque représenté par la figure 1 com porte un générateur d'impulsions i qui présente une enveloppe 2 indiquée en pointillé sous forme de bloc et servant à blinder le générateur contre les interférences de radiofréquence ainsi-gu'à assurer la mise à la terre. La tension nécessaire pour actionner le générateur d'impulsions 1 est fournie par un accumulateur 3 constitué par exemple par plusieurs éléments Ni-Cd, 4, reliés en série et des diodes à polarisation inverse 5 pontant les éléments 4 de sorte qu'en cas de défaillance d'un élément 4 le passage du courant se maintient par la diode 5 respectivement reliée en parallèle. Pour charger l'accumulateur 3, on a prévu un pont redresseur 6 muni d'un condensateur de filtrage 7.Une bobine 8 servant à recevoir des ondes de radiofréquence est reliée à l'entrée du pont redresseur 6. Lorsqu'il y a lieu de charger l'accumulateur 3, on place un petit émetteur de radiofréquence (par exemple d'une fréquence d'environ 27 NHz) auprès du patient qui porte le stimulateur cardiaque et on le met en fonctionnement. La sortie du pont redresseur 6 est reliée par l'intermediaire d'un conducteur 9 au pale positif de l'accumulateur 3 et par l'intermédiaire d'un conducteur 10, à un dispositif stabilisateur de courant 11. De celui-ci, un conducteur 12 mène, en passant par une inductance d'arrêt 13, à un conducteur 14 du générateur d'impulsions 1 qui est relié à une petite résistance 15 (par exemple de 39fol). Le circuit de charge est complété par un conducteur 16 (relié à la résistance 15) et qui est relié au p8le négatif, mis à la terre, de l'accumulateur 3. Le dispositif stabilisateur de courant 11 comprend un transistor 17 dont l'émetteur est relié au conducteur 10 grâce à un ensemble en parallèle comprenant une petite résistance 18 et un condensateur 19. Le collecteur du transistor 17 est relié au conducteur 12 par l'intermédiaire d'une diode 20 tandis que sa base est reliée au collecteur d'un deuxième transistor 21 et à une résis tance élevée 22 (par exemple de 22 k) ) dont l'autre coté est relié au conducteur 9. L'émetteur du transistor 21 est relié au conducteur 10 et sa base à l'émetteur du transistor 17.Par conséquent, quand il se produit une augmentation du courant fourni par le pont redresseur 6, la chute de tension à la résistance t8 augmente, le courant passant par le transistor 21 varie de sorte que la tension à la base du transistor 17 varie dans le sens d'un accroissement de résistance et que le courant se stabilise à un niveau limite prédéterminé, par exemple à environ 15 m2. En conséquence, le courant appliqué à l'accumulateur 3 ne peut à aucun moment atteindre un niveau nuisible à cet accumulateur, quelle que soit la puissance de l'émetteur et sa distance aupatient. Le pôie positif de l'accumulateur 3 est relié, par l'intermédiaire d'une inductance d'arrêt 23, à un conducteur 24 du générateur d'impulsions 1. Entre le conducteur positif 24 et le conducteur de terre 16 sont situées cinq branches de circuit, reliées en parallèle et qui sont formées 1) par un condensateur 25 2) par l'ensemble en série comprenant un transistor 26 et une résistance 27 3) par l'ensemble en série comprenant un transistor 39, une diode 41, deux résistances 42 et 43 et la résistance 15 qui est située dans le circuit de charge 4) par l'ensemble en série comprenant une résistance 46 et un transistor 53 5) par l'ensemble en série comprenant un transistor 54 et un condensateur 56. La base du transistor 26 est reliée à la joncti on 44 des résistances 42 et 43 par un réseau 34 constitué par l'ensemble en série comprenant un condensateur 35 et une résistance élevée 36 (par exemple de 68 k Q ) et par une résistance très élevée 37 (par exemple de 1 Mn) disposée en parallèle à cet ensemble en série. La base du transistor 39 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 45 à la jonction 47 de la résistance 46 et du transistor 53. La base du transistor 53 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 38 à la jonction 29 du transistor 26 et de la résistance 27. La base du transistor 54 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 52 à la jonction 51 de la résistance 46 et du transistor 53. Un condensateur 48 est disposé entre les jonctions 44 et 51. Deux bornes 62 et 63 sont reliées de façon usuelle, par des conducteurA isolés, à des électrodes de stimulation cardiaque (non représentées) qui sont disposées auprès du coeur du patient. La borne 62 est reliée, par l'intermédiaire d'un condensateur 59 et d'une inductance d'arrêt 57, à la jonction 55 du transistor 54 et du condensateur 56 tandis que la borne 63 est reliée d'une part au conducteur de terre 16 et d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance 61, à la jonction 58 du condensateur 59 et de l'inductance de blindage 57. Le générateur d'impulsions 1 est un multivibrateur astable dont on expliquera le mode de fonctionnement à propos de la figure 2 sur laquelle la courbe en trait plein V représente le potentiel du point 44 en fonction du temps t en fonctionnement normal. D'autre part, la courbe en tireté V' indique la variation du potentiel de ce point 44 pendant la charge de l'accumulateur. La ligne zéro du diagramme correspond au potentiel de terre du conducteur 16. La tension de l'accumulateur 3 est désignée par U et le courant de charge par J. Pendant l'opération de charge de l'accumulateur 3, la chute de tension à la traversée de la résis- tance 15, si l'on néglige la consommation de courant.extrêmement faible du circuit de multivibrateur, est égale à (J . R15) de sorte que la ligne la plus basse du diagramme représente le potentiel du conducteur 14 pendant la charge. En service normal, au moment t le potentiel V du point 44 est nul et les quatre transistors 26, 39, 53,- 54-sont tous dans l'état conducteur. Le condensateur 48 est chargé par la branche de circuit 39, 41, 42, 48, 53 dont la constante de temps (R42. C48) est relativement faible. Sans le réseau 34, le potentiel V n'atteindrait que tangentiellement la :valeur U. à laquelle le transistor 26 cesse de conduire. Toutefois, par suite d'une recharge du condensateur 35 du réseau 34, quiea lieu.pendant.la-période d'impulsion, le potentiel de labase du.translstor varie.de telle sorte que le transistor 26 cesse de conduire à un moment bien défini t1 pendant que V se situe.encore notablement en-dessous deux L'action dtinterruption du transistor 26 a.. pour effet de .bloquerimmédfate- ment les transistors 39, 53 et 54.Le potentiel.V-.s'6lève.;;alorss brusquement aux environs de 2U, car le point 51 situé entre le condensateur 48 chargé au voisinage de U et le transistor 53 se trouve maintenant relié au conducteur d'alimentation 24 par l'in térmédiaire de'la résistance 46 au lieu d'être relié au conducteur de terre-16 par l t intermédiaire du transistor conducteur 53. Le condensateur 48 se décharge alors dans la branche de circuit 46, 48, 43, 15 avec une constante de temps relativement grande E ( R43 + R46) . C48 J ; la résistance de la branche de circuit R15 peut être négligée complètement et en outre on a R43 # R46. Lorsque, au moment t2, le potentiel s'est abaissé suffisamment endessous de-U, le transistor 26 devient à nouveau conducteur ce qui fait aussi que les transistors 39, 53 et 54 conduisent à nouveau, de sorte qu'au moment t qui coIncide pratiquement avec t2, un o nouveau cycle de fonctionnement du générateur d'impulsions 1 commence. Il est évident que -les électrodes de stimulation cardiaque reliées aux bornes due connexion 62 et 63 reçoivent du courant, par l'intermédiaire du transistor 54, seulement pendant le laps de temps # 1 qui va de to à t1 mais non pendant le laps de temps SC2 qui va de t1 à t2 (ou to).Ainsi, les électrodés de stimulation cardiaque reçoivent des impulsions P ; la durée d'impulsion TI peut être par exemple de 2 ms tandis que la période d'impulsion T-= 1 + #2 est -par exemple d'environ 1 s ce qui correspond à une fréquence d'impulsions de 1 Rz. Le diagramme de las figure 2 est de nature purement qualitative et a seulement pour rôle de faire comprendre le mode de fonctionnement (par exemple, en circuit ouvert, les impulsions P ont une amplitude de tension de valeur U mais cela aurait été très désavantageux pour le dessin). Quand l'accumulateur 3 se charge, le générateur d'impulsions 1 continue de fonctionner essentiellement de la façon dé crise mais avec cette différence que la décharge du condensateur 48 se fait dans la branche de circuit 46, 48, 43 par-le conducteur 14 dont le-potentiel est-inférieur de (J . R15) à celùi-du conducteur 16.Conformément à la courbe-V' indiqùée en tireté, la durée #'1 de l'impulsion PL; est pratiquement égale à la durée normale d'impulsion #1 mais par suite de la décharge plus rapide du conden sateur 48, le laps de temps #'2 est-plus 'coÙrt -que le tapis de temps Sr2 et par suite la période d'impulsion T' est plus petite que la période d'impulsion T. Avec le courant de charge stabilisé de 15 mA fourni par le dispositif stabilisateur de courant 11, T' peut représenter par exemple environ 0,9 T, ce qui signifie que la fréquence des bat- tements de coeur pendant la charge de l'accumulateur augmente d'en viron 10 % et atteint donc environ 1,1 Hz. Cet accroissement de la fréquence cardiaque est entièrement inoffensive pour le patient et permet, par simple observation de son pouls, de déterminer Si la charge de l'accumulateur se fait ou non avec le courant de charge dés,iré. Quand l'augmentation de fréquence est inférieure à la valeur voulue (par exemple environ 10 %), on rapproche lémet- teur du patient ou bien il faut augmenter sa puissance de sortie. On laisse alors fonctionner l'émetteur jusqu'à ce que l'accumulateur ait absorbé un nombre prédéterminé d'ampères-heures, en vérifiant le pouls de temps en temps pour s'assurer que le courant de charge n'a pas varié. Âvec le circuit décrit la durée d'impulsion T1 n'est pas modifiée par le courant de charge et la période d'impulsion T est raccourcie mais il est facile, aussi, d'incorporer un générateur d'impulsions qui, pendant la charge de l'accumulateur, allonge la période d'impulsion ou modifie la durée des impulsions. Nais dans ce dernier cas, pour surveiller la présence du courant de charge, on ne pourrait pas observer simplement le pouls mais il faudrait prendre un électrocardiogramme car celui-ci permet seul de discerner la variation de la durée d'impulsion. Quand on utilise un électrocardiographe, on peut aussi observer en principe d'autres modifications de la caractéristique d'impulsions en fonction du courant de charge (par exemple une division de l'impulsion en deux ou plusieurs impulsions étroitement adjacentes), mais tout à fait indépendamment de la complication du générateur d'impulsions qui est nécessaire à cet effet, il est évidemment très avantageux d'observer uniquement le pouls. Revendications 1. Stimulateur cardiaque contenant un générateur d' impulsions électriques, des conducteurs servant à appliquer les impulsions engendrées à des électrodes disposées auprès du coeur du patient, un accumulateur servant à fournir de l'énergie au générateur d'impulsions, un récepteur-à ondes de radiofré quence et un redresseur disposé entre le récepteur et l'accu mulateur, stimulateur caractérisé par le fait que le générateur d'impulsions comporte au moins un élément de circuit qui est conçu pour faire varier la caractéristique d'impulsions en fonction d'un courant de charge appliqué par le redresseur à l'accumulateur. 2. Stimulateur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la période de la caractéristique d'impulsions est modifiée en fonction du courant de charge. 3. Stimulateur selon la-revendication 2, caractérisé par le fait que l'élément de circuit est une résistance traversée par le courant de charge et dont la chute de tension influence le temps de charge ou de décharge d'un condensateur. 4. Stimulateur selon la revendication 3, caractérisé-par le fait que le générateur d'impulsions est un multivibrateur astable dans lequel la charge et la décharge du condensateur sont com mandées par deux transistors situés dans des branches paral lèles de circuit qui sont elles-mêmes mise-s en circuit ou hors circuit par un troisième transistor en fonction de la variation du potentiel en un point de l'une de ces branches, tandis que les impulsions sont appliquées aux électrodes par l'intermé diaire d'un quatrième transistor et que lorsque le troisième transistor est mis en circuit ou hors circuit, les deux tran sistors mentionnés et le quatrième transistor sont de même mis immédiatement en circuit ou hors circuit, respectivement. 5. Stimulateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'entre le point mentionné et la base du troisième transis tor est disposé- un réseau qui, afin de définir exactement la durée des impulsions, contient un condensateur qui est-rechar gé une fois au cours d'une période d'impulsion. 6. Stimulateur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que le potentiel du -point mentionné atteint près du double de la tension de l'accumulateur pendant la période d' impulsion. 7. Stimulateur selon. la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un dispositif servant à stabiliser le courant de charge est prévu entre le redresseur et l'accumulateur. 8. Stimulateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le dispositif stabilisateur comporte un premier transistor situé dans le circuit-de charge, qui est commandé par un deu xième transistor commandé à son tour par la chute de tension dans une résistance reliée en série au premier transistor. 9. Stimulateur selon la revendication 1,- caractérisé par le fait que le générateur d'impulsions comporte des moyens propres à le blinder contre les interférences de -radiofréquence.