Brevet FR2200023A1 — publié le 19740419

L'invention concerne Itapplication dtune stimulation électri que à un os vivant pour promouvoir ou accélérer une fusion dési rée entre os et os ou entre l'os et une prothèse. On a eu l'habitude jusqu'ici dtassurer cette stimulation au moyen de dispositifs implantés utilisant une simple source de tension, en employant une résistance série pour la limitation du courant. On connatt des dispositifs plus compliqués utilisant des transistors à effet de champ associés à des résistances de valeur élevée, tous agencements indésirables pour un dispositif implanté, Tous les dispositifs antérieurs connus utilisent l'acier ino xydable pour les électrodes, anode et cathode. Ils sont suscep tibles de provoquer la mort (nécrose) des tissus et de Itos au tour de l'anode, et la présente invention est essentiellement basée sur la découverte que cette nécrose est la conséquence de la destruction électrolytique de l'acier inoxydable. L'invention a pour but d'éviter cet inconvénient en réalisant un stimulateur de la croissance des os capable dt8tre implanté et ne provoquant pas de nécrose des tissus ou des on. Un stimulateur implantable pour la croissance d'os selon Il invention, comprenant un générateur de courant relié à au moins une cathode extérieure et à au moins une anode extérieure, est que caractérisé en ce/la surface découverte de l'anode ou de chaque anode est en matériau conducteur à potentiel deoxydation supé rieur à celui de tissus corporels vivants. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, per mettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 est une vue en plan d'un stimulateur électrique selon l'invention. Fig. 2 est une vue en élévation latérale du stimulateur de la Fig. 1. Fig. 3 est un schéma des circuits du stimulateur de la Fig.l. En réfémce aux figures, le stimulateur représenté consiste en un générateur à courant constant enveloppé d'une manière con venant à l'implantation sur un corps humain. Par exemple, ce générateur peut comprendre deux cellules au mercure 2 et 3, d'une puissance de 1,36 voit chacune, reliées en série, et dont le point central est relié, au moyen dtune ré sistance de base 4 de 39-000 ohms7 à la base d'un transistor p-n-p 5. e La borne positive de la cellule2est reliée, par ltintérm' diaire d'une résistance dtémetteur 6 de 100.000 ohms à l'émet teur du transistor 5, et le collecteur de ce transistor 5 ost relié à une borne dtanode 7 située sur Itenveloppe de lealimen tation en courant pour raccordement à une anode 8. La borne négative de la cellule 3 est reliée. à des bornes analogues 9 de cathodes 9 pour raccordement à des cathodes 10. Tous les éléments mentionnés ci-dessus, saut les électrodes 8 et 10, peuvent sans inconvénient être montés sur une carte à circuit imprimé et être enfermés dans un corps 12 en résine é- poxy ou autre moyen convenable. Les bornes 7 et 9 Peuvent être reliées par des conducteurs 13 aux électrodes respectives 8 et 10. Les conducteurs 13 sont de préférence des spirales en titane d'un diamètre extérieur de 1mm, isolées par des tubes en élasto mère siliconée - Le circuit représenté est donc une simple source de courant constant pratiquement classique, ne différant de la pratique la plus courante que par le fait que la commande pour la base du transistor est dérivée dtune prise de courant sur l'alimentation par pile ou accumulateur au lieu d'être obtenue au moyen d'un diviseur de tension habituel à deux ou plusieurs résistances montées en parallèle sur tout l'accumulateur. Cela réduit au mi nimum la consommation de courant quand lus électrodes ne sont pas branchées, c'est-à-dire que là durée de l'appareil est pro longée. Avec les valeurs mentionnées plus haut pour les éléments, la puissance du courant constant sera comprise dans Vintervalle de 20 à 25 mieroampères. Toutefois, dans dtautres mises en oeuvre: a) des courants constants plus élevés ou plus bas peuvent 9- tre fournis en réglant les valeurs des résistances 4 et 69 ou en augmentant la tension de la cellule 2 ou de la cellule 3, ou de ces deux cellules, ou en employant plus de deux cellules. b) le même rendement "en charge" peut être obtenu en plaçant un diviseur résistant en parallèle sur la tension totale cellu le 2+cellule 3, avec des valeurs de résistance telles que la joriction du diviseur ait une tension à pou près égale à une ten sion de cellule. Les mêmes critères de qualification quten a) s'appliquent. c) on peut employer plusieurs transistors et résistances pour fournir un courant qui soit plus constant. d) des contr8les réglables, potentiomètres au autres, peuvent 9tre prévus dans le circuit de manière à régler le courant con stant à n'importe quelle valeur désirée sur un intervalle choisi. On peut employer, si désiré, dtautres moyens dtenveloppement, tels que résines polyesters, résines silicones, élastomères si licones. Dans une autre possibilité, les éléments du circuit sont con tenue dans un récipient métallique hermétiquement scellé, auquel cas ce bottier métallique peut servir d'anode stil est en métal approprié. Dans des applications cliniques expérimentales de l'invention on a traité des malades ayant subi un endommagement permanent de la matière cartilagineuse entre deux vertèbres de la colonne ver tébrale. Une forme de traitement a consisté à mettre chirurgica lement à nu les vertèbres et à enlever le disque endommagé, a près quoi les surfaces adjacentes des deux vertèbres sont ren dues rugueuses, les deux vertèbres sont amenées en étroit con tact mutuel, et le malade est immobilisé jusqutà ce que l'on voit si une fusion naturelle des deux vertèbres s'est faite ou none Le stimulateur représenté permet de placer quatre cathodes 10 sur les surfaces adjacentes des vertèbres. Ces électrodes 10 sont de préférence fixées par des sutures, de manière à ce que tout le dispositif puisse 8tre retiré à la fin du traitement en découvrant l'enveloppe du circuit et en tirant sur les fils pour casser les sutures. Chaque électrode 10 peut 4tre une ncartouche" cylindrique creuse fermée à une extrémité et ayant environ 2mm de diamètre sur 8mm. de long. Un trou radial (non représenté) de 0,2mm de diamètre reçoit la suture. Les électrodes peuvent 9tre fixées aux conducteurs souples 13 par sertissage. De préférence, le ma tériau des cathodes est le titane. L'anode unique 8 peut 9tre en platine pur. Elle peut avoir des dimensions identiques à celles des cathodes 10. Cette anode 8 est implantée dans du tissu mou tout près des vertèbres. Toutefois: a) on peut employer plus de cathodes ou moins de cathodes que les quatre cathodesld"r--;tes pour la stimulation; b) on peut utiliser plus d'une anode; c) au lieu de relier électriquement toutes les cathodes en parallèle, plusieurs cathodes peuvent 9tre commandées par plu sieurs sources de courant constant, en employant une pile ou plusieurs piles, une anode ou plusieurs anodes; d) la forme des cathodes peut beaucoup différer de celle re présentée. Par exemple, on peut également employer des cathodes en forme de bandes ou de disques. Les cathodes peuvent Otre ap pliquées par insertion dans des trous pratiqués dtavance dans l'os, ou bien 8tre faites à la manière de vis qui se vissent dans l'os. Dans une autre possibilité, la cathode peut 9tre sous forme de treillis ou de grille placée sur ou dans Vos, ou bien insérée entre les faces adjacentes des deux vertèbres, si bien que la pousse de l'os a lieu à travers elle; e) on utilise de préférence le titane pour la cathode à cause de ses caractéristiques connues de liaison électron/ion, de sa résistance connue à la corrosion comme cathode à de faibles den sités de courant, de sa résistance mécanique élevée, de son usi et de son faible prix de revient. Toutefois, beaucoup d'autres 61éments ou alliages peuvent tre employés comme cathode, y compris ltacier inoxydable, les alliages au cobalt et les métaux nobles. Le flux de courant électrique dans le corps vivant est un flux d'ions. lour transférer le flux électronique de la seurce de courant constant au tissu et à l'os, il faut une réaction chimique à chaque électrode. La réaction chimique à Itanode est forcément tout à fait différente de celle à la cathode. Le potentiel dtoxydation du matériau utilisé comme anode doit etre supérieur au potentiel d'oxydation de nimporte laquelle des espèces dans la solution. Ainsi l'oxydation dliens dissous aura lieu de préférence à l'oxydation de ltélectrode. Pour sa-, tisfaire a ce critère, le platine est préféré pour l'anode. Le rhodium et certains autres métaux sont satisfaisants du point de vue électro-chimique mais peuvent Otre insuffisants du point de vue mécanique. On peut également traiter au platine ou au rhodium la surface du titane ou du tantale. Pour le système d'èlectrodes décrit, un courant constant de 20,uA (##5 PA par cathode) semble 9tre optimum; on a toutefois employé avec succès dans des applications expérimentales des courants allant d'un total de 5 jaA à un total de 100 pA. D'autres applications cliniques de ltinvention comprennent, par exemple, la fixation de prothèses mécaniques, par exemple des dispositifs mécaniques pivotants comportant une forme ou une autre d2articulation, sphérique utilisée pour remplacer une articulation irréparable, par exemple une articulation de la hanche. Revendications 1. Stimulateur électrique de croissance des oss capable dtt- tre implanté et comprenant un générateur de courant relié à au moins une cathode extérieure et à au moins une anode extérieure, caractérisé en ce que la surface découverte de Iganode, ou de chaque anode, est en matériau conducteur ayant un potential dt oxydation supérieur à celui de tissus corporels vivants. 2. Stimulateur suivant la Revendication 1,-caractérisé en ce que le générateur de courant est enfermé dans un corps en maté riau inerte. 3. Stimulateur suivant la Revendication 2, caractérisé en ce que le matériau est une résine épOX7. 4. Stimulateur suivant la Revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de courant est hermétiquement scellé dans un récipient métallique. 5. Stimulateur suivant la Revendication 4, caractérisé en ce que le récipient métallique constitue Itanode. 6. Stimulateur suivant Itune que3conque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes sont reliées au générateur de courant par des conducteurs consistant chacun en une spirale de fil de titane dans une gaine en élastomère siliconé. 7. Stimulateur suivant l'une quelconque des Revendications précédentes,. caractérisé en ce que la cathode est en forme de vis guidée. 8. Stimulateur suivant l'une quelconque de-s Revendications précédentesq caractérisé en ce que la cathode est percée d'un trou permettant de la suturer sur un os. 9. Stimulateur suivant itune quelconque des Revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anode est en platine ou en rhodium, ou recouverte dtune couche superficielle de platine ou de rhodium.