Brevet FR2194456A1 — publié le 19740301

Cette invention concerne des dispositifs électriques prothétiques qu'on peut placer dans le corps de telle façon qu'ils fournissent des signaux électriques qui stimulent effectivement un nerf. Certaines défaillances des organes des mammifères peuvent être attribuées à l'absence de fiabilité de la régulation de la fréquence des stimulations des nerfs destinées à actionner les muscles appropriés. Les stimulateurs cardiaques internes ont permis de traiter certaines maladies de coeur attribuables à des problêmes neurologiques. Les anomalies de la respiration de nature neurologique peuvent de m#me entre traitées gracie à des stimulateurs respiratoires qui stimulent un ou plusieurs des nerfs phré- niques à des intervalles appropriés. Il faut une puissance nettement supérieure dans un stimulateur respiratoire que dans un stimulateur cardiaque.Quoiqu'on ait reconnu que le nerf phré- nique tire parfois avantage d'une stimulation par un stimulateur interne, on n'avait pas encore pu résoudre le problème d'un stimulateur de nerf phrénique implantable avant la mise au point de la présente invention. Selon la présente invention, un stimulateur de nerfs comprend en combinaison une pile atomique, un générateur de trains d'impulsions électriques, et un modulateur conçu pour fournir un signal dont l'intensité maximale est supérieure d'au moins 25 pour cent, mais de pas plus de 95 pour cent,à l'intensité minimale de ce signal, si bien que le nerf se trouve stimulé par un signal qui varie de telle manière qu'il permet d'obtenir l'effet biologique souhaité. Un stimulateur de nerf implantable est caractéristique en ce qu'il comprend en codbinaison une pile atomique et un circuit électronique fournissant des signaux constitués par un train d'impulsions de courant continu en nombre prédéterminé. Un stimulateur respiratoire implantable dont la puissance de sortie est comprise entre environ 1 et 5 milliwatts et qui est alimenté par une pile atomique stimule un ou plusieurs nerfs phréniques de façon à assurer la régulation du rythme respiratoire du mammifère. Dans les schémas de principe, il est classique de suivre les opérations successives de haut en bas, de façon à pouvoir comprendre les transformations successives. Dans certains exemples, c'est l'identification de l'appareil qui explicite le mieux le processus qui se produit durant une opération prédéterminée.La transformation de l'énergie thermique produite par la radio-activité du plutonium en énergie électrique de façon à favoriser la respiration par stimulation électrique d'un nerf phrénique est rendue parfaitement claire dans le schéma de principe suivant Radio-isotope (source de chaleur) Courant de faible tension produit par une thermopile Amplificateur de tension Régulateur de tension (produisant une tension constante) Générateur d'impulsions (par exemple 90 impulsions par seconde) Générateur de trains d'impulsions (par exemple 18 signaux - représentant des trains d'impul sions - par minute) Un modulateur d'amplitude (intensité) de signal fournit un signal en dents de scie dont la valeur de crete repré sente de 125 à 195% de la portion initiale du signal Régulateur d'isolement et de répartition de la charge Connecteur Connecteur Conducteur Conducteur Nerf phrénique Nerf phréni gauche nique droit Comme le montre le schéma de principe, la combinaison d'une thermopile à radio-isotopes, et d'un amplificateur de tension destiné à fournir une source de tension utile avait déjà été préconisée dans la technique antérieure concernant les stimulateurs cardiaques à énergie nucléaire. La combinaison d'un régulateur de tension assurant une tension constante et d'un générateur d'impulsions avait également été préconisée précédemment à propos des stimulateurs de nerfs. La fourniture d'un générateur de trains d'impulsions destiné à fournir un signal formé d'une série prédéterminée d'impulsions de courant continu est une caractéristique nouvelle du présent stimulateur de nerfs. Le fait de moduler l'intensité de façon à fournir un signal en dents de scie ayant une valeur de crete qui représente de 125% à 195% de la portion initiale d'un signal est également une nouvelle caractéristique de la présente invention qui représente un progrès important. Les stimulateurs de nerfs de la technique antérieure ne présentaient généralement pas le nouveau moyen réglable permettant de distribuer l'énergie électrique entre une série de conducteurs, si bien qu'il faut attacher une importance toute spéciale à la fourniture du régulateur d'isolement et de répartition de la charge. Cette invention représente une découverte capitale dans le domaine médical, car c'est le premier dispositif conçu pour être mis en place ou implanté dans le corps, et ce dispositif a pour caractéristique de combiner une pile atomique et un conduit flexible qui est connecté au nerf phrénique et qui permet de le stimuler. Cette pile atomique unique en son genre a permis la conception du premier stimulateur respiratoire suffisamment durable et compact pour entre porté par le corps après son implantation chirurgicale. Dans un mode de réalisation préféré, le stimulateur de nerf sert à actionner le nerf phrénique en formant un stimulateur respiratoire. Un radio-isotope assure une radio-activité perma transformée nente qui est en chaleur et l'énergie thermique est transformée en un courant électrique de basse tension. Un amplificateur de tension transforme la tension continue en une tension continue plus élevée qui peut donc être utilisée et qui est maintenue constante par un régulateur de tension. Un oscillateur à autodémarrage transforme le courant continu constant en une série d'impulsions de courant continu ayant une forme d'ondes rectangulaires et ayant une fréquence d'environ 90 impulsions par seconde, chaque impulsion ayant une durée d'environ 132 microsecondes. Une différence importante entre le stimulateur de la présente invention et un stimulateur cardiaque classique concerne un générateur de trains d'impulsions conçu pour produire un train d'impulsions suivi par un intervalle, chaque signal constituant un train d'impulsions. Dans le cas d'un stimulateur respiratoire, environ 18 signaux par minute sont appropriés, la durée de 1'in- tervalle entre les signaux étant supérieure d'environ 24 pour cent à la durée du signal. Chaque signal a une durée d'environ 1,49 seconde et l'intervalle entre les signaux est d'environ 1,85 seconde. On réalise d'importants avantages grace à l'existence d'un signal comprenant une série d'impulsions de courant continu. certains phénomènes biochimiques sont apparemment associés à un système électrique neurologique. Quoiqu'on puisse réaliser certains effets neurologiques à l'aide d'un signal formé d'une seule impulsion électrique, on obtient une meilleure simulation du signal neurologique en fournissant un train d'impulsions de courant continu. Une caractéristique importante de la présente invention est la fourniture d'un modulateur conçu pour modifier le train d'impulsions en un signal si bien que l'intensité de crete durant un signal particulier est supérieure d'au moins 25 pour cent à l'intensité minimale durant ce signal. Différents types de modulation du signal sont appropriés, mais des avantages particuliers découlent de la régulation d'un train d'impulsions en dents de scie ayant une intensité relativement plus basse au début du signal ~ qu'à la fin du signal, l'intensité augmentant progressivement jusqu'à la fin du signal.Il est parfois souhaitable que le signal en dents de scie voit son intensité s'accrottre, si bien qu'à la fin du signal l'intensité est plusieurs fois 100 pour cent supérieure à l'intensité minimale, mais cet accroissement brutal de l'intensité durant le signal ne semble pas simuler réellement un signal neurologique. L'accroissement en dents de scie module le signal si bien que l'intensité de la portion terminale du signal représente d'environ 125 pour cent à environ 195 pour cent de l'intensité du signal initial, ce qui permet d'obtenir ainsi avec plus de précisions la simulation du signal neurologique naturel. L'anomalie qui peut altérer le fonctionnement des nerfs phréniques n'est souvent pas la meme pour le nerf phrénique droit que pour le nerf phrénique gauche. En conséquence, il est intéressant d'incorporer un régulateur d'isolement de la charge dans le stimulateur respiratoire de façon à permettre l'ajustement de l'intensité du signal envoyé à chacun des deux nerfs phréniques, c'est-à-dire le nerf phrénique gauche et le nerf phrénique droit. Un potentiomètre à réglage manuel permet de diviser la puissance entre les deux nerfs phréniques. Un conducteur s'étend du stimulateur respiratoire au nerf phrénique. Il est intéressant que ce conducteur soit connecté de fac on amovible au stimulateur respiratoire. On peut en outre expliciter un mode de réalisation préféré de l'invention en décrivant un stimulateur respiratoire. pile atomique Le plutonium 238 a une période de 86,4 ans, et présente de nombreux avantages pour une pile atomique. Théoriquement, une puissance d'environ 2 watts est produite par la quantité de plutonium employée dans la pile, et une grande partie de l'énergie est dissipée. La puissance de sortie de la pile est de l'ordre de 0,001 à 0,005 watt , soit environ 1 à 5 milliwatts. Le rendement énergétique d'utilisation de la pile et/ou du stimulateur de nerf est de l'ordre d'environ 0,1 pour cent à 1 pour cent. Une pile du type à plutonium ayant environ 3,8 cm de diamètre et 2,6 cm d'4.paisseur pèse environ 92 grammes. La tension résultant d'un thermocouple est amplifiée par un amplificateur de tension continue de façon à fournir un courant électrique approprié au circuit électronique. L'oscillateur modifie le courant en le transformant en une série d'impulsions de courant continu ayant la forme d'une onde carrée et ayant une fréquence d'environ 89 impulsions par seconde. Chaque impulsion a une largeur ou une durée d'environ 132 microsecondes, soit 0,132 milliseconde, Un générateur de trains d'impulsions transforme les impulsions en signaux à une fréquence d'environ 18 signaux par minute, la durée des intervalles entre les signaux étant supérieure d'environ 24 pour cent à la durée des signaux proprement dits.Le signal dure environ 1,49 seconde et l'intervalle entre les signaux est d'environ 1,85 seconde. L'amplitude maximale de l'impulsion est voisine de 9,6 milliampères.La modulation d'amplitude de l'impulsion est voisine de 54 pour cent. L'intensité maximale a une valeur qui représente entre 125 pour cent et 195 pour cent de l'intensité minimale, en raison de la régulation de la modulation du signal. Bottier Le stimulateur respiratoire est scellé hermétiquement dans un bottier plat en titane de forme cylindrique ayant un diamètre d'environ 6,9 cm et une épaisseur voisine de 2,8 cm. Ce bottier hermétique protège le contenu des influences nuisibles dues aux humeurs s 'écoulant dans le corps humain entre les organes, si bien qu'on peut implanter ce bottier dans un corps vivant. Le stimulateur respiratoire pèse environ 198 grammes, son poids et ses dimensions étant similaires à un stimulateur cardiaque alimenté par une pile et ayant une puissance de sortie qui représente envirOn 1/20 de la puissance d'un stimulateur de nerf phrénique. Un signal ayant une forme en dents de scie peut avoir un accroissement sensiblement uniforme de l'intensité durant la durée du signal, soit 1,49 seconde. Le circuit de modulation est conçu pour fournir jusqu'à environ 54 pour cent de modulation du signal maximal et pour obtenir ce signal en dents de scie. Dans la mise en oeuvre de la présente invention, on a établi que l'intensité maximale du signal doit titre supérieure d'au moins 25 pour cent à l'intensité minimale du signal, mais ne doit pas dépasser 95 pour cent de la valeur minimale. Il faut noter qu'un train d'impulsions qu'on n'a pas modulé tend à stimuler une respiration saccadée. Cette respiration saccadée anormale est nuisible à la santé. Le signal envoyé au nerf phrénique et modulé de telle façon que l'intensité durant la portion terminale du signal est nettement supérieure (par exemple d'environ 50 pour cent) à l'intensité minimale, favorise un type de respiration qui simule de très près celui que le système nerveux végétatif stimulerait chez un individu en bonne santé. REVENDICATIONS 1. Stimulateur de nerf implantable comprenant en combinaison au moins un conducteur transmettant des signaux à un nerf, un connecteur fixant mécaniquement le conducteur à un boîtier, un boîtier fermé hermétiquement, une source de tension ou pile, et un moyen électrique contenu dans le boîtier et permettant de transformer le courant électrique provenant de la pile en une série d'impulsions de courant continu, caractérisé en ce qu'il comprend . une pile atomique contenue dans le boîtier ; et un circuit électrique destiné à produire des signaux formés d'un train réglé d'impulsions de courant continu. 2. Stimulateur de nerf selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est un stimulateur respiratoire, en ce que ledit circuit transforme le courant électrique provenant de la pile atomique en une série de signaux ayant une fréquence par minute correspondant approximativement au rythme respiratoire voulu, chaque signal étant formé d'une série d'impulsions de courant continu. 3. Stimulateur de nerf selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit électrique destiné à moduler l'intensité du signal de telle façon que son intensité maximale représente d'environ 125 pour cent à environ 195 pour cent de l'intensité minimale dudit signal. 4. Stimulateur de nerf selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal a une forme en dents de scie, l'intensité maximale se trouvant au voisinage de la portion terminale du signal, tandis que l'intensité minimale se trouve au voisinage de la portion initiale du signal. 5. Stimulateur de nerf selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un moyen de répartition à réglage manuel permet de répartir la puissance du signal entre une série de conducteurs. 6. Stimulateur respiratoire à énergie nucléaire selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est possible de régler, au moment de l'implantation chirurgicale du stimulateur respiratoire, l'intensité relative des signaux transmis au nerf phrénique droit et au nerf phrénique gauche. 7. Stimulateur respiratoire à énergie nucléaire selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la puissance de sortie transmise aux nerfs phréniques est comprise entre environ 1 et environ 5 milliwatts. 8. Stimulateur respiratoire à énergie nucléaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que la pile atomique pèse environ 92 grammes et contient du plutonium 238 comme radio-isotope source de chaleur.