Brevet FR2213781A1 — publié le 19740809

L'invention est relative à des électrodes et plus particu lièrement à une électrode destinée à être appliquée sur le corps et à être raccordée à une source extérieure d'énergie électrique. Des électrodes, destinées à être appliquées sur le corps, conformes à la technique antérieure, comportent d'une manière générale un élément conducteur non isolé,agencé pour être appliqué directement et intimement sur la peau. Des moyens sont généralement prévus pour connecter l'électrode à un dispositif extérieur, tel qu'un appareillage détecteur électrique au un générateur de signaux électriques. Lorsque l'électrode est utilisée uniquement pour transmettre un signal ou une impulsion engendrée par le corps à l'appareil extérieur, le contact direct de l'électrode avec la surface extérieure de la peau ne pose en général que peu ou pas de problème, en ce qui concerne les lésions ou les dégâts que pourraient subir les régions de la peau entourant immédiatement l'électrode.Toutefois, dans certains cas, il est nécessaire ou souhaitable d'appliquer au corps un signal électrique extérieur ou de le faire passer à travers le corps au moyen d'une électrode conductrice placée en contact direct avec une région prédéterminée de la peau pour permettre la transmission de courant électrique à travers cette région. L'utilisation de telles électrodes de la technique antérieure pendant des périodes de temps qui ne sont pas relatixebment courtes entraîne généralement une sensibilisation et un attendrissement de la région avoisinante de la peau qui se traduisent par une décoloration et une enflure de la surface de la peau au voisinage immédiat de ltélectróde. Ceci provient du fait que les pores de la peau offrent une résistance relativement moindre au passage du courant que la surface de la-peau voisine, de résistance élevée, ce qui fait que le courant qui s'écoule entre l'électrode et le corps tend à se concentrer sur chacun des pores voisins, de faible résistance, en lésant les tissus sensibles entourant ceux-ci.Les solutions proposées antérieurement pour remédier à cette difficulté étaient généralement coûteuses, inefficaces ou de succès hasardeux, ces solutions se limitant principalement soit à interposer des solutions liquides ou semi-liquides entre l'électrode et les régions avoisinantes de la peau, ce qui réduirait la quantité de courant traversant l'ensemble du système à une valeur inférieure à celle nécessaire pour assurer une détection convenable, soit à limiter, ce qui n'est pas sou haitable, le temps d'utilisation de telles électrodes. L'invention surmonte les difficultés mentionnées ci-dessus des dispositifs de la technique antérieure et fournit une électrode, destinée à être appliquée directement sur la peau, simple, facile à fabriquer, munie d'un revêtement particulier, qui est plus sûre, moins coûteuse et plus efficace que ces dispositifs. Au contact immédiat de la partie conductrice de l'électrode est disposée une couche, répartie dans l'ensemble uniformément, de matériau semi-conducteur comportant de préférence une matrice de particules conductrices, telles que des particules de carbone, dans une matière électriquement isolante telle qu'une résine ou une matière analogue, le rapport du volume des particules conductrices à celui du matériau isolant étant choisi à l'avance de manière à fournir une résistance, suivant l'épaisseur de la couche semi-conductrice, notablement supérieure à celle de la région avoisinante de la peau. Un certain nombre de couches alternativement conductrices et semi-conductrices contiguës, peuvent avantageusement être prévues conformément à l'invention pour obtenir la variété de caractéristiques mécaniques et électriques désirables. La surface extérieure de la couche semi-conductrice peut être dimensionnée à volonté pour définir une surface de contact de préférence lisse, agencée pour permettre à un courant de densité prédéterminée de la traverser. Des moyens sont prévus pour connecter, d'une manière détachable, la partie conductrice de ltelec- trode à une source extérieure de courant. Des moyens de maintien, tels qu'une bande ou tout autre accessoire approprié, peuvent être utilisés efficacement pour maintenir l'électrode au contact de la peau dans une position fixe par rapport à une région présélectionnée de la peau, cette électrode étant soit fixée à ces moyens de maintien, soit soutenue extérieurement par ceuxci.Lorsque c'est nécessaire ou souhaitable, un certain nombre de telles électrodes peuvent être disposées d'une manière appropriée, à une certaine distance l'une de l'autre, sur un organe de maintien,pour fournir une électrode multiple, composée d'éléments choisis assurant un contact discontinu, susceptibles d'être reliés soit en série, soit en parallèle. Du fait de sa corfigura- tion appropriée, l'électrode peut être pour son utilisation, implantée directement dans le tissu du corps, lorsque c'est nécessaire. Un but de l'invention est donc de fournir une telle électrode perfectionnée. Un autre but de l'invention est de fournir des moyens pour accoupler, sans occasionner de lésions, une source électrique au corps, par contact direct avec la peau ou avec les tissus. Un autre but de l'invention est de fournir une électrode perfectionnée destinée à être appliquée au contact du corps pour accoupler, sans occasionner de lésions, une source électrique au corps, ceci pour de longues périodes de temps continues. Un autre but de l'invention est de fournir une électrode perfectionnée destinée à être appliquée au contact du corps pour répartir uniformément un courant électrique sur la surface d'une région du corps avoisinant immédiatement l'électrode. Un autre but de l'invention est de fournir une électrode semi-conductrice, n'occasionnant pas de lésions, présentant# une résistance prédéterminée pour permettre son utilisation efficace comme dispositif de limitation du courant au contact direct de la peau. D'autres buts et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la- description suivante de certains de ses modes préférés de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, effectuée en se référant aux dessins annexés dans les quels - la figure 1 est une vue en perspective montrant la manière dont un signal électrique engendré par un dispositif extérieur peut être accouplé au corps, au moyen d'une électrode de contact conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe de l'électrode de contact de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe à grande échelle d'une partie de l'électrode de la figure 1 en contact intime avec une surface présélectionnée du corps, - la figure 4 représente schématiquement la partie d'électrode et la partie de corps de la figure 3, - la figure 5 est une vue en coupe d'une électrode conforme à un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 est une vue en élévation latérale, en coupe partielle, de trois électrodes conformes à l'invention, montées sur une bande-support commune, - la figure 7 est une vue en coupe d'une électrode construite conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, et - la figure B,enfin,est une vue en perspective, en coupe partielle, d'une électrode construite selon encore un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ces différentes figures, les éléments semblables ont été désignés par les mêmes références numériques. Les figures 1 et 2 représentent une électrode de contact 20, destinée à être appliquée sur le corps, construite conformément à l'invention. Sur l'extrémité élargie 24 de la partie conductrice 22 de l'électrode 20 en contact intime avec cette partie, est disposée une couche semi-conductrice 26 présentant une résistance prédéterminée choisie,et comportant de préférence des particules conductrices diffuses ou dispersées, telles que des particules de carbone ou d'une matière analogue, enrobées dans une matière plastique non conductrice, telle qu'une matière époxy ou une autre matière isolante, cette couche formant un revêtement pelliculaire relativement rigide, comme on le voit sur la figure 2. La surface extérieure 28 de la couche 26 délimite la partie de l'électrode 20,destinée à entrer en contact~avec le corps, et est agencée de manière à être placée directement en contact intime avec la surface de la peau, pour des applications qui seront décrites plus en détail ci-après-.La partie conductrice 22 de lté- lectrode 20 s'étend vers l-'arrière,à partir de son extrémité élargie 24 et définit une saillie 30, agencée pour recevoir un capuchon protecteur 32 qui le recouvre. Le capuchon 32 sert à fixer l'électrode 20 à un élément support non conducteur tel qu'une bande 34,pour permettre de maintenir l'électrode 20 appliquée dans une position convenable, sur une région présélectionnée du corps telle que le poignet 36, comme on le voit très bien sur la figure 1.Le capuchon 32 peut être profilé d'une manière appropriée, comme on- le voit, pour recevoirvun élément de connexion, de forme complémentaire (non représenté ici), qui s'enfile sur celui-ci pour relier électriquement, d'une manière amovible, l'é- lectrode 20 à une source électrique extérieure telle que 38 , au moyen d'un conducteur intermédiaire 40. Il est manifeste pour tout #chnicien,qu'on peut facilement imaginer un grand nombre d'autres moyens approprîés,pour assurer la connexion électrique désirée de la partie conductrice 22, sans sortir du cadre de l'invention.Par exemple, l'extrémité saillante 30 de l'électrode 20 peut, d'une manière appropriée, être munie d'ouvertures ou de fentes pour fournir un passage pour le logement des extrémités dénudées d'un conducteur tel que 40, qui peut ensuite être soit serti, soit soudé sur la partie conductrice 22. Selon une variante, l'extrémité saillante 30 peut être modifiée pour définir un élément connecteur mâle ou femelle, agencé pour recevoir un élément connecteur complémentaire, afin d'assurer une connexion détachable, commode entre ces éléments. La configuration, en forme de bouton, de l'électrode 20 peut être modifiée d'une manière appropriée, comme le montre la figure 5, pour fournir une électrode de forme générale allongée 42, comportant une partie conductrice centrale 44,autour de laquelle est disposée une partie semi-conductrice 68 en contact intime avec celle-ci.Relié à la partie conductrice 44 et dirigé vers l'extérieur à partir de celle-ci, est prévu un conducteur électrique isolé 70 servant à connecter l'électrode 42 à une source électrique extérieure (non représentée ici) d'une manière analogue à celle représentée sur la figure 1. On voit facilement que ltélectrode 42 peut être utilisée efficacement comme dispositif à implanter directement dans les tissus, la couche semi-conductrice 68 constituant un matériau isolant particulier entre la partie conductrice 44 et les tissus corporels avoisinants, essentiel pour empêcher toute réaction chimique nocive entre l'électrode et les tissus bien que la conductibilité électrique nécessaire dans de telles applications reste assurée.L'électrode 20 peut en outre être modifiée, lorsque c'est nécessaire ou désirable, pour former une électrode à peu près sphérique 72 (figure 8) présentant une partie conductrice intérieure 74, enrobée d'une manière appropriée dans une partie extérieure semi-conductrice 76 et reliée à un conducteur électrique isolé 78. La figure 7 représente un mode de réalisation d'une électrode 80 à deux éléments, réalisée conformément à l'invention. Tout autour de deux parties conductrices 82, 82' de forme allongée, situées à une certaine distance l'une de l'autre, et en contact intime avec ces parties, est disposée une partie semi-conductrice 84 de caractéristiques semblables à celles de la partie 26 de l'électrode 20 de la figure 2. Reliés aux parties conductrices 82, 82' et s'étendant vers l'extérieur à partir de cellesci, sont disposés des conducteurs électriques associés respecti vement 86, 86', agencés chacun de manière à assurer une liaison électrique entre l'électrode 80 et une source électrique extérieure, d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus à propos de l'électrode 20 de la figure 1 Tout en assurant les caractéristiques d'isolation et de distribution du courant exposées ci-dessus à propos d'une électrode à un seul élément telle que 20, l'électrode 80 peut être utilisée efficacement pour relier directement plus d'une source extérieure de courant électrique à une région présélectionnée du corps lorsqu'il est nécessaire ou souhaitable d'assurer un entourage immédiat commun aux parties élémentaires de l'électrode 80. L'espacement entre les parties conductrices 82, 82' peut être agencé à volonté pour assurer entre elles un isolement soit partiel, soit à peu près total, en fonction, en premier lieu, de l'épaisseur de matière semi-conductrice 88 disposée entre les parties conductrices 82, 82'. Pour mieux comprendre la nouvelle application de l'électro- de 20 pour l'usage envisagé, conformément à l'invention, on se reportera à la figure 3 qui représente l'électrode 20, la surface extérieure 28 de la couche semi-conductrice 26 qui la revêt étant appliquée en contact intime sur la surface d'une partie de la peau 46. Les ouvertures 48 qui, comme on le voit sur la figure, partent d'en dessous de la peau 46 et se terminent par des orifices 50 à la surface de la peau représentent des pores génér21e- ment visibles à la surface de la peau; la résistance entre cette région de la peau immédiatement voisine des orifices 50 des pores et la partie intérieure 52 immédiatement voisine du corps étant considérablement plus faible que celle mesurée à travers l'épaisseur avoisinante de la peau 46. La moindre résistance des pores 48 est généralement attribuée à l'existence de liquides humoraux à l'intérieur des pores 48, un tel liquide étant généra- lement très bon conducteur en comparaison de la partie avoisinante de la peau 46. Lorsque, jusqu'à présent, on désirait transmettre un courant électrique entre le corps 52 et une électrode conductrice extérieure non protégée. Le courant dont la valeur totale peut être très faible, était amené à seconcente-r sekn des trajets relativement étroits à travers les pores de faible résistance, un principe bien connu en électricité étant que le courant électrique tend à se répartir en proportion inverse de la conductibilité des trajets disponibles.Il résulte de la densité de courant élevée dans les régions extrêmement limitées des pores, qui constituent un pourcentage relativement faible de la région superficielle de la peau 46, que les parois séparant les pores 48 des régions immédiatement avoisinantes se trouvaient soumises ainsi à un certain nombre de phénomènes chimiques nocifs, qui provosluaient des sensations désagréables et des lésions. L'interposition de la couche semi-conductrices relativement mince 26 entre la partie conductrice 22 de l'électrode 20 et la surface avoisinante de la peau 46 sert à fournir entre elles un milieu distributeur de courant qui empêche efficacement la concentration indésirable de courant et les lésions de la peau consécutives, mentionnées ci-dessus, tout en permettant d'une manière convenable, la transmission du courant désiré.En se reportant à la représentation schématique de la figure 4, on voit que la couche semi-conductrice 26 de l'électrode 20 peut être représentée par une pluralité de résistances 56 montées en parallèle présentant une résistance équivalente Rl. Les pores 48 peuvent être représentés par une pluralité de trajets conducteurs étroits allongés 58 situés à une certaine distance l'un de l'autre, séparés par des régions 60 de résistance relativement élevée représentant schématiquement les régions de la peau 46 et s'étendant entre les emplacements de jonction communs 64 voisins des résistances 56 et la partie conductrice représentative du corps 62. La résistance équivalente du montage en parallèle de la région de la peau et des pores est désignée par R2 et celle de la région sous-jacente du corps 62 par R3.La résistance R1 est dimensionnée à volonté de manière à présenter une valeur prédéterminée notablement supérieure à R2. Les résistances 56 montées en parallèle sont à peu près égales, ce qui résulte du caractère dans l'ensemble homogène de la couche semi-conductrice 26 et, comme on le voit immédiatement en appliquant les lois électriques bien connues, chacune d'elles aura une résistance essentiellement supérieure à la résistance totale équivalente R1 et par consé- claer.t une valeur bien supérieure à R2.Dans ces conditions, le courant I de la source est amené à se répartir d'une manière dans l'ensemble uniforme entre les diverses résistances séparées en parallèle 56, ce qui entraîne -une distribution de courant essentiellement uniforme sur la région délimitée par la surface de contact de la région commune de jonction 64 des résistances 56 en une pluralité de points séparés - tels que 66 au voisinage de la peau.L'indésirable concentration de courant dans les régions avoisinantes de faibles résistances, telles que les pores, est ainsi évitée, ce qui élimine les effets nocifs qui en ré sultent. L'expérience a montré que,pour une utilisation générale, l'épaisseur de la couche semi-conductrice 26 (figures 2 et 3) peut être, d'une manière efficace, pratique et économique, maintenue dans une gamme préférée allant de 0,025 mm à 0,254 mm, bien que d'autres épaisseurs puissent être efficacement utili- sées, lorsque c'est nécessaire ou souhaitable, pour obtenir conformément à l'invention, des caractéristiques physiques ou électriques particulières.L'expérience a également montré qu'un rapport du volume des particules conductrices au volume de la matière isolante de 1% à 25% fournissait une résistance de couche conductrice convenant au but poursuivi exposé ci-dessus. Il va de soi cependant que d'autres rapports de volumes peuvent être avantageusement utilisés pour obtenir conformément à l'invention un grand nombre de caractéristiques désirées des couches semi-conductrices. Par exemple, lorsqu'on utilise une source de courant d'intensité I extrêmement #basse, il peut être souhaitable de réduire la résistance équivalente de la couche semi-conductrice 26, de manière à réduire au minimum la résistance totale du circuit,tout en maintenant une résistance de couche suffisante pour assurer la distribution désirée de courant de la manière décrite ci-dessus.Par conséquent, un tel résultat peut être obtenu efficacement sans sortir du cadre de l'invention en augmentant le rapport du volume des particules conductrices au volume du matériau isolant. Lorsqu'il est souhaitable ou nécessaire de réduire au minimum les dimensions de chaque électrode tout en maintenant une surface totale wde contact avec le corps appropriée, on peut utiliser efficacement un certain nombre d'électrodes 20 en les disposant à une certaine distance les unes des autres, comme le montre la figure 6, ces électrodes 20 peuvent être reliées séparément à une source électrique extérieure roquez pour réduire en proportion la quantité de courant transmise et distribuée par chaque électrode 20. Selon une variante, chaque électrode 20 peut être connectée d'une manière appropriée à une source extérieure séparée pour fournir un certain nombre de régions de contact indépendantes séparées, sans sortir non plus du cadre de l'invention. Une ou plusieurs électrodes 20 peuvent être avantageusement disposées sur un unique élément support isolé, tel qu'une bande 34 (voir figure 6) pour assurer le maintien détachable en position convenable de ces électrodes sur une région prédéterminée du corps. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Electrode pour appliquer un signal électrique à un corps à travers la peau, caractérisée en ce qu'elle comporte: au moins une partie conductrice, au moins une partie semi-conductrice contiguë à cette partie conductrice et présentant une première surface au moins partiellement en contact intime avec la partie conductrice, et des moyens pour connecter la partie conductrice à une source électrique extérieure, la partie semiconductrice présentant une seconde surface agencée pour être appliquée directement sur la peaux afin d'isoler au moins partiellement la partie conductrice de la peau, la partie semiconductrice présentant une résistance totale, mesurée suivant son épaisseur, notablement supérieure à la résistance de la peau, afin de limiter à volonté et distribuer à peu près uniformément le passage du courant à travers la peau. 2 - Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de la partie semi-conductrice est dimensionnée de manière à présenter une valeur nettement inférieure à l'espace- ment des pores à la surface de la peau avoisinante. 3 - Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie semi-conductrice est constituée par un grand nombre de particules conductrices dispersées dans une matière isolante. 4 - Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que les particules conductrices sont constituées par du carbone S - Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que la matière isolante est constituée par une résine. 6 - Electrode selon la revendication 3, caractérisée en ce que les particules conductrices présentent un volume total de l'ordre de 1% à 25% du volume total de la partie semi-conductrice. 7 - Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie semi-conductrice est constituée par des particules de carbone dispersées dans une matière isolante. 8 - Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde surface de la partie semi-conductrice est à peu près lisse. 9 - Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie semi-conductrice présente une épaisseur de l'ordre de 0,025 à 0,254 mm. 10 - Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens pour la maintenir en place de façon amovible sur une région présélectionnée de la peau. 11 - Electrode selon la revendication 10, caractérisée en ce que ces moyens sont constitués par une bande. 12 - Electrode pour appliquer un signal électrique à un corps à travers la peau, caractérisée en ce qu'elle comporte une première partie conductrice, une seconde partie conductrice disposée au voisinage immédiat de la première partie conductrice à une certaine distance de celle-ci, une partie semi-conductrice entourant la première et la seconde parties conductrices et présentant une première surface et une seconde surfaces, cette première surface de la partie semi-conductrice étant disposée en contact intime avec la première et la seconde parties conductrices,la seconde surface de la partie semi-conductrice étant agencée de manière à être disposée directement sur la peau, et des moyens pour connecter la première et la seconde parties conductrices à une source électrique extérieure, la partie semi-conductrice pré~ sentant une résistance totale mesurée suivant son épaisseur, notablement supérieure à la résistance de la peau de manière à limiter à volonté et-à répartir à peu près unifo#rmément le passage du courant à travers la peau. 13 - Electrode selon la revendication 12, caractérisée en ce que la partie semi-conductrice est constituée par des particules conductrices dispersées dans une matière isolante. 14 - Electrode selon la revendication 13, caractérisée en ce que les particules conductrices sont constituées# par du carbone.