Brevet FR2241287A1 — publié le 19750321

L'invention concerne un stimulateur cardiaque électrique, en particulier un stimulateur cardiaque pouvant être implanté, dans lequel les impulsions de stimulation sont envoyées, à l'aide d'une électrode, au coeur devant être excité, tandis que la réponse électrique de stimulation du coeur peut Etre reçue avec cette mtme électrode ou à laide d'une seconde électrode, le circuit de sortie du stimulateur cardiaque comportant un condensateur de sortie qui est déchargé rapidement pour délivrer une impulsion de stimulation. Le livre "The Artificial Cardiac Pacemaker" de H.J.Th.Thalen et autres, 1969, Royal VanGorcum, Editeurs, Assen, the Netherlands Charles C Thomas, Editeurs, a fait connattre un tel stimulateur cardiaque, dans lequel le coeur devant titre stimulé est en série avec la voie collecteur-émetteur d'un transistor ainsi qu'avec le condensateur de sortie Le transistor est commandé sur sa base, au rythme des impulsions de stimulation devant titre délivrées, de telle manière que la voie collecteur-émetteur est passantepour le courant pendant la durée de l'impulsion de stimulation.Pendant l'intervalle de temps compris entre deux impul- sions de stimulation, c'est-à-dire pendant que la voie émetteurcollecteur du transistor n1 est pas conductrice, le condensateur se recharge à nouveau lentement par l'intermédiaire d'une résistance. Le courant de charge passe également par conséquent par l'électrode de stimulation, qui est appliquée au coeur, et ce courant de charge possède la polarité inverse# à celle du courant s'écoulant pendant une impulsion de stimulation. Ce courant de recharge coopère & la dépolarisation (voir la figure VIII-9 en page 239 et le texte en page 242, lignes 8 et 9 du livre cité plus haut). Dans le cas du stimulateur cardiaque connu, la charge du condensateur de sortie s'effectue relativement lentement par suite de la valeur de la résistance a#Itionnelle en série et de la résistance électrique du coeur Ceci a pour effet que les phé nomes de polarisation subsistent encore lorsque la réponse de stimulation du coeur est déjà présente (par exemple sous la forme du complexe ventriculaire, onde QRS). Par conséquent dans le cas de l'utilisation du circuit de sortie connu il n'est pas possible de déterminer si à une impulsion de stimulation succède ou non une action ventriculaire du coeur.Cela signifie qu'on ne peut p#as reconnaitre si une impulsion de stimulation a provoqué une actionventriculaire du coeur, c'est-à-dire si par exemple l'amplitude de l'impulsion de stimulation était supérieure au seuil d'excitation actuel du coeur. Faire cette détermination est cependant non seulement intéressant d'une façon générale, mais est surtout important lorsqu'on utilise des stimulateurs cardiaques à l'aide desquels le seuil d'excitation du coeur peut être déterminé par la réduction continuelle de la hauteur des impulsions de stimulation ou bien qui, notamment en vue de réaliser une économie de courant et de ce fait en vue de prolonger la durée de vie des piles pendant le fonctionnement, réduisent automatiquement en permanence la hauteur des impulsions de stimulation jusqu'd ce qu'une impulsion se situe au-dessous du seuil d'excitation du coeur (à quoi succède une augmentation par saut de l'amplitude des impulsions). A partir de -ces données l'invention a pour but de fournir un stimulateur cardiaque permettant de capter la ré ponse de stimulation du coeur à l'aide de l'électrode de stimulation ou à l'aide d'une seconde électrode (qui est constituée de préférence sous la forme d'un anneau concentrique disposé autour de l'électrode de stimulation), le problème particulier étant de veiller à ce que les phénomènes de polarisation, provoqués par l'impulsion de stimulation, disparaissent suffisamment rapidement pour quela réception complexe ventriculaire électrique du coeur, succédant à l'impulsion de stimulation, puisse être détectée. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un montage qui, immédiatement après une impulsion de stimulation, délivre à l'électrode de stimulation une seconde impulsion de polarité opposée et dont la durée atteint au maximum 30 ms , tandis que la valeur énergétique de la seconde impulsion est choisiede telle manière que les phénomènes de polarisation apparus par suite de la délivrance de l'impulsion de stimulation, sur l'électrode de stimulation appliquée au coeur, sont annulés. Il est possible de réaliser de différentes fagors un circuit possédant ces caractéristiques. Le cas le plus simple consiste à accélérer la charge du condensateur de sortie, se produisant lentement dans le cas du circuit connu, en utilisant de préférence un transistor de commutation pour la commande de la charge. Une autre possibilité consiste à insérer une inductance dans le circuit de charge du condensateur de sortie. Pendant la délivrance d'une impulsion de stimulation, il s'établit alors dans cette inductance un champ qui s'annule à la fin de la durée de l'impulsion de stimulation et produit par conséquent une impulsion de courant d'amplitude élevée et de brève durée, immédiatement après l'impulsion de stimulation.Le circuit est constitué de fa çon appropriée de manière que l'inductance soit reliée d'une part au p81e positif de la tension d'alimentation et soit raccordée d'autre part au circuit en parallèle formé par le condensateur de sortie et par lawvoie émetteur-collecteur du transistor de commande pour la décharge du condensateur. Une autre possibilité consiste à utiliser un condensateur séparé qui, immédiatement après l'écoulement de la. durée de l'impulsion de stimulation, délivre sa charge de polari- té opposée à L'électrode. Dans le cas de l'utilisation d'une -électrode bipolaire de stimulation, qui est constituée par une électrode centrale et par une électrode annulaire entourant ladite électrode centrale à la façon d'un anneau, on utilise de préférence ltélec- trode centrale pour la stimulation et l'électrode annulaire pour la détection du complexe QRS. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé plusieurs formes de ré- alisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 représente un circuit de type connu indiqué plus haut. La figure 2 représente un circuit de sortie pour un stimulateur cardiaque comportant un transistor de commande pour la charge accélérée du condensateur de sortie. La figure 3 représente la forme d'impulsion pouvant être obtenue avec ce circuit. La figure 4 représente une variante du montage représentée en figure 2. La figure 5 représente un circuit comportant une inductance placée dans le circuit de charge du condensateur de sortie La figure 6 représente la forme des impulsions pouvant être obtenues avec ce circuit de sortie. La figure 7 représente un schéma de principe pour la commande du transistor de commutation. En figure 1 on reconnatt le circuit connu indiqué plus haut. Du point de vue de l'explication de l'invention, seuls sont intéressants le transistor 1, la résistance 2, le condensateur 3 et les bornes de raccordement' 4 et 5, entre lesquelles est disposée la résistance 6 du patient. Dans le cas de ce circuit, le condensateur 3 est chargé par l'intermédiaire de la résistance 2 et de la résistance 6 du patient, à la tension totale des piles, tant que le transistor 1 est bloqué. Dès que, par suite de l'application d'une impulsion de commande sur la base du transistor 1, la voie émetteur-collecteur de ce dernier est rendue conductrice, le condensateur 3 se décharge dans cette voie émetusuF collecteur en délivrant une impulsion à la résistance 6 du patient. A la suite de celd intervient alors à nouveau la charge lente du condensateur 3, après que l'impulsion de commande a disparu de la base du transistor 1. En figure 2 le transistor 7, la résistance 8, le condensateur de sortie 9, les bornes de raccordement 10 et ll ainsi que la résistance 12 du patient correspondent aux composants du circuit représentés en figure 1. En dehors d'une réduction de la valeur de la résistance 8, le circuit est complété simplement par le transistor 13 qui est utilisé pour la recharge accélérée du condensateur de sortie 9. La constante de temps pour la charge résulte du produit de la capacité du condensateur par la somme des résistances 8 et 12. La résistance 8 peut titre choisie de manitre qu'il apparaisse une impulsion de charge possédant la forme visible en figure 3.En figure 3 l'impulsion de stimulation est désignée par 14 tandis que la seconde impulsion (impulsion opposiez est désignée par la référence 15. La durée des impulsionsa h l'aide desquelles les bases des transistors 7 et 13 sont commandées, est égale environ à 1 ms La constante de temps indiquée plus haut doit titre inférieure à 10 ms . En figure 4 on a représenté un circuit de sortie dans lequel deux condensateurs 16 et 17 sont commandés par les transistors 18 et 19. La charge du condensateur 16 s'effectue par l'intermédiaire de La résistance 20, et la résistance 21 sert de résistance de charge pour le condensateur 17. Les bornes de sortie sont désignées par les références 22 et 23 tandis que la résistance du patient est désignée par 24. En figure 5 le transistor de commande est dé- signé par la référence 25, le condensateur de sortie par la référence 26, les bornes de raccordement par les références 27 et 28 et la résistance du patient par la référence 29. Une bobine dtin- duction est désignée par la référence 30. Le condensateur de sor tie possède une capacité égale par exemple à 3,3ru et la bobine possède une inductance de 400 nili. La bobine est d'une part raccordée à la tension positive d'alimentation 31 et d'autre part au point de connexion 32. En ce point de connexion sont raccordés aussi bien le collecteur du transistor 25 que l'une des bornes du condensateur 26.Pendant l'intervalle de temps où le transistor de sortie est passant, il s'établit dans I'inductance 30 un champ qui est supprimé à la fin de l'impulsion de stimulation et laisse passer un courant subséquent qui, dans le cas d'une variation rapide de la tension dans le temps, développe une tension suffisamment élevée pour que la résistance du patient ne joue plus aucun rôle sensible lors de la recharge du condensateur 26.En effet par suite de l'impulsion de recharge visible en figure 6 et qui succède iziniédiatement à l'impulsion de stimulation, une dépolarisation immédiate est obtenue sur ltélectrode de stimulation, si bien que la réception de l'action cardiaque électrique(complese QRS), qui succède à l'impulsion de stimulation, est possible. En figure 6 la durée de l'impulsion de stimulation est voisine de 1 ms , tandis que ltimpu~sion de recharge 31 ne dure environ que 0,5 ms . La valeur de llindurtance est choisie de façon appropriée entre 200 nili et 700 mH. Pour conclure on va indiquer encore ci-après quelques détails. Le transistor de commutation (qui sert à la conr mande de la charge) est commandé de telle manière que la tension impulsionnelle de consigne (plus la tension directe de conduction. base-emetteur) est appliquée à la base du transistor de commutation en dehors de l'intervalle de temps de l'impulsion de stimula tion, à la suite de quoi, après une impulsion de stimulation, le condensateur de sortie est à nouveau recharge très rapidement. Conformément à la figure 4 on prévoit deux condensateurs de sortie qui sont commandés de telle manière que le transistor correspondant est à nouveau bloqué après la délivrance de la première impulsion. Ensuite,1'autre transistor devient passant et est à nouveau également bloqué au bout d'l ms Grâce aux dispositions indiquées plus haut pour accélérer la recharge,aucune énergie supplémentaire n f est nécessaire dans le cas des figures 2, 5 et 7 en sorte que ces circuits peuvent touJours être utilisés avec succès et de façon avantageuse là où une économie de courant ou bien un prolongement de la durée de vie des piles importe de façon essentielle.Au cours d'une comparaison entre les différentes possibilités de la recharge accélérée,c'est le circuit qui utilise à cet effet une inductance (voir la figure 5) qui s'est affirmé être particulièrement bon jusqu'à maintenant. La valeur de cette inductance est comprise entre 200 mH et 700 mH dans le cas des circuits réalisés. L'inductance et la taille du condensateur de sortie sont accordées l'une sur l'autre de manière à fournir, avec la résistance du patient, une oscillation amortie pour l'impulsion de stimulation, qui est terminée en moins d'environ 40 ms . On a la relation mathématique suivante dans laquelle L est l'inductance de la bobine exprimée en henrys, C est la capacité du condensateur de sortie en farads, T est la durée d'une impulsion en secondes, e est la base des logarithmes népériens et R est la résistance équivalente du patient en ohms. Ce qui est mis en évidence de façon particulière est que, grâce à l'invention dans ses différentes formes de rda- lisation, il est possible de réaliser à l'aide d'une -seule et même électrode la stimulation et la réception de la réponse du coeur dans un intervalle de temps d'environ 100 ms . De cette façon il est également possible d'utiliser une électrode unipolaire qui d'une part possède une durée de vie plus longue, et d'autre part est plus facile à appliquer et offre une surjeté plus grande. REVENDICATIONS 1. Stimulateur cardiaque éîectrique > en particulier stimulateur cardiaque pouvant titre implanté, dans lequel les impulsions de stimulation sont envoyées,à l'aide d'une élec trode,au coeur devant titre excité, tandis que la réponse électrique de stimulation du coeur peut étre reçue avec cette même électrode ou à l'aide d'une seconde électrode, le circuit de sortie du stimulateur cardiaque comportant un condensateur de sortie qui est déchargé rapidement pour délivrer une impulsion de stimulation, caractérisé par le fait outil comporte un montage qui, immédiatement après une impulsion de stimulation, délivre à l'électrode de stimulation une seconde impulsion de polarité opposée et dont la durée atteint au maximum 30 ms , tandis que la valeur# énergétique de cette seconde impulsion est choisie de telle manière que les phénomènes de polarisation apparus par suite de la délivrance de l'impulsion de stimulationt sur l'électrode de stimulation appliquée au coeur, sont annulés. 2. Stimulateur cardiaque suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que# le temps de charge du condensateur de sortie est réduit. 3. Stimulateur cardiaque suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que- le temps de charge est réduit gracie au fait qu'on utilise un transistor de Cotimutation pour la commande de la charge. 4. Stimulateur cardiaque suivant la-revendication 3, caractérisé par le fait que le transistor de commutation est disposé dans#Ie circuit de charge du condensateur de sortie. 5. Stimulateur cardiaque suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'une inductance est branchée dans le circuit de charge du condensateur de sortie. 6. Stimulateur cardiaque suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que l'inductance possède une valeur dont l'ordre de grandeur est compris entre 200 mH et 700 mH, et est égale de préférence à 400 mH. 7. Stimulateur cardiaque suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la valeur de l'inductance est accordée sur la valeur du condensateur de sortie de telle manibre que soit satisfaite la relation suivante dans laquelle L représente l'inductance de la bobine en henrys C représente la capacité du condensateur de sortie en farads, Tp représente la durée d'une impulsion en secondes, e représente la base des logarithmes népériens et R représente la résistance équivalente du patient en ohms. 8. Stimulateur cardiaque suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que l'inductance est disposée dans le circuit de sortie de telle manière qu'elle est raccordée d'une part à un pôle de la tension d'alimentation, de préférence au pôle positif, et qu'elle est raccordée d'autre part au circuit en parallèle constitué par le condensateur de sortie et par la voie émetteur-collecteur d'un transistor de commande pour la décharge du condensateur de sortie. 9. Stimulateur cardiaque suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on prévoit deux condensateurs de sortie qui sont chargés à approximativement la -meme charge et qui sont déchargés immédiatement l'un après l'au### i tale manière qu'à l'impulsion de stimulation provenant du premier condensateur succède immédiatement une impulsion de polarité opposée. 10. Stimulateur cardiaque suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 > caractérisé par le fait qu'on utilise une m#me électrode pour la stimulation et la réception de la réponse électrique du coeur. 11. Stimulateur cardiaque suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que dans le cas de l'utilisation d'une électrode unipolaire de stfimulation, qui est constituée par une électrode centrale et par une électrode annulaire entourant ladite électrode centrale à la façon d'un anneau, on utilise de préférence l'électrode centrale pour la stimulation et l'électrode annulaire pour la détection du complexe QRS.