Brevet FR2345169A1 — publié le 19771021

La présente invention concerne une électrode de carbone pouvant être implantée, et notamment une électrode d'excitation pour stinulateurs cardiaques. Les électrodes d'excitation sont généralement constituées par un câble d'alimentation isolé et une tête d'électrode destinée i transmettre les impulsions de stimulation. La stimulation électrique du coeur, en cas de troubles de la conduction, suppose que soit produite une intensité de champ électrique bien définie sur une membrane cellulaire excitable. Après avoir été déclenchée, l'excitation s'étend automatiquement sur tout le muscle cardiaque ou myocarde et entraine sa contraction. Pour déclencher ltexcitation, on utilise un stimulateur électronique (pace-maker), qui se compose d'un élément électronique pouvant être implanté et comportant une unité d'alimentation en énergie, ainsi que d'un circuit électrique d'excitation com- portant une électrode de stimulation et une électrode indiffé- rente ou neutre. Pendant l'impulsion d'excitation, un petit condensateur est partiellement déchargé, entre 0,5 et 2 is par l'intermédiaire du circuit électrique d'excitation.Dans les intervalles entre les impulsions, le condensateur est rechargE i partir de l'unité d'alimentation en énergie, cest-i-dire d'une pilez Pendant l'impulsion, l'intensité de champ requise pour le déclenchement de l'excitation existe dans le tissu excitable 8 proximité de l'électrode d'excitation. Les électrodes d'excitation en métal, par exemple en platine, provoquent une dégénérescence du tissu dans la partie limitrophe de l'électrode, et ce dans un laps de temps compris entre 2 et 4 semaines, dégénérescence qui se traduit par la formation d'une couche de tissu conjonctif non excitable. Il en résulte une augmentation constante du seuil de sensibilité à l'excitation, dont le dépassement requiert une augmentation de l'intensité de courant.Il y a de ce fait aussi augmentation de la tension d'ex- citation, que l'on peut subdiviser en une perte ohmique due à la résistance du corps humain et en une perte due à la polarisation, qui intervient principalement sur l'électrode, la part de la perte due à la polarisation pouvant être supérieure à la tension de décomposition de l'eau, ce qui rend notannnent plus difficile une sûre fixation de l'électrode d'excitation à l'intérieur du corps, Pour supprimer cet inconvénient, il a été proposé d'utiliser des électrodes d'excitation en carbone ou en graphite, électrodes à la surface de quelles il ne se forme qu'une mince capsule de tissu conjonctif.Cependant, en raison de leurs propriétés mé- caniques, ces matériaux n'ont pas été adoptés dans la pratique pour cette application, l'usure par frottement et le risque de rupture relativement grand constituant en particulier un inconvénient pour les implants dans le corps humain et la tension de polarisation relativement grande n'étant pas elle non plus satisfaisante. L'objet de la présente invention est donc de mettre au point des électrodes de carbone pouvant être implantées de telle manitre qu'elles présentent une grande stabilité mécanique et con somment un minimum d'énergie pour un fonctionnement de longue durée. La présente invention permet de résoudre ce problème par une électrode de carbone dont la tête est, au moins en surface, en carbone pyrolytique. Le carbone pyrolytique est formé à partir de gaz contenant des hydrocarbures, qui se dissocient à la surface d'un substrat ou matériau de base chauffé. En réglant les conditions de précipitation, telles que la température et la pression, la composition et le temps de séjour du réactif gazeux, on peut faire varier dans des limites étendues la densité et la microstructure du carbone pyrolytique. Cependant, dans ces limi- tes, la stabilité mécanique du carbone pyrolytique est supérieure à celle des corps de carbone et de graphite normaux proposés pour la fabrication des électrodes d'excitation.On peut, de plus, augmenter encore, et de manière simple, la résistance à la rupture du carbone pyrolytique par précipitation simultanée d'éléments formant des carbures stables. Les résistances à la rupture par pliage se montent comparativement à pour le graphite normal : jusqu'à 50 kN/mm2 pour le carbone pyrolytique : environ 150 pour le carbone pyrolytique contenant environ 10 % de sili cium o O O O O O O O O O O O O O O O O O O O environ 500 kN/mm2 Le carbone pyrolytique résiste, en outre, particulièrement bien à l'usure par frottement et n'entre en réaction ni avec le sang ni avec les autres substances constitutives du corps humain. La tête de l'électrode d'excitation peut être entièrement en carbone pyrolytique ou bien contenir un noyau d'un antre matérias, dont la surface est revêtue d'une couche de carbone pyrolytique. Belon la présente invention, l'épaisseur de cette couche est au minimum de 0,05 s. Une caractéristique particulièrement avantageuse de la présente invention consiste en ce que le carbone pyrolytique est activé en surface par une oxydation partielle, activation par laquelle il faut entendre la formation d'une surface présentant de nombreuses piqûres de corrosion ainsi que de nombreux microspores du genre poches. L'activation de la surface de carbone pyrolytique est rEa- lisée à laide de gaz ou vapeurs oxydants, ou d'acides oxydait., ou bien par voie électrochimique. À cet effet, on chauffe, par exemple, la tête de l'électrode pendant moins d'une heure, à une température comprise entre 400 et 800 C, sous atmosphère d'oxygène, d'air, de vapeur d'eau ou de gaz carbonique, les conditions les plus favorables pouvant être déterminées par des essais préalables simples. L'activation du carbone pyrolytique permet de maintenir à des valeurs très faibles les pertes dues à la polarisation, qui se produisent à la surface limite entre l'électrode et le tissu, et qui ne contribuent pas à augmenter l'intensité de champ dans le tissu excitable limitrophe. De cette manière, l'électrode pouvait être implantée selon la présente invention garantit à la fois un faible isolement par formation d'une capsule de tissu conjonctif et une faible consommation d'énergie, avec, en corollaire, un bon comportement pour un fonctionnement de longue du- rée, car la densité de courant du seuil de sensibilité à l'excitation n'augmente pas pendant la durée de l'implantation La présente invention est expliquée dans les lignes suivantes à l'aide de quelques exemples. Une électrode réalisée à partir d'un corps en graphite à grain fin a été recouverte d'une couche de carbone pyrolytique, à une température de 1 200.0, sous une atmosphère de propane présentant une pression partielle d'environ 0,2 bar. On a déposé le carbone jusqu'à obtention d'une couche de surface continue, et ce même dans les pores du corps en graphite, ce qui a permis de doubler approximativement la résistance dudit corps. L'épaisseur de la couche de surface était comprise entre 60 et 80 um. Une seconde électrode a été fabriquée à partir d'un corps en carbone pyrolytique, produit, lui aussi, avec du gaz propane, à une température d'environ 1 300 C, et présentant une microstruc- ture largement isotropique, corps qui a été soumis à un recuit d'une heur. à 850*C, dans un courant de vapeur d'eau, en vue de son activation.On a implanté ces électrodes sur des chats, dans la cuisse, avec, à titre de moyen de comparaison, une électrode d'excitation en platine-iridium. Les résultat. de ces essais figurent sur le tableau suivant électrode Carbone pyro- Carbone pyrolytique Platine- lytique activé iridium Début de l'essai Courant 0,18 mA 0,16 mA 0,15 mA Tension 0,44 V 0,12 V 0,16 V après 20 jours Courant 0,17 mA 0,18 mA 0,42 mA Tension 0,48 V 0,11 V 0,45 V D'après les résultat. des recherches, les électrodes pouvant être implantées et qui comportent une tête en carbone pyrolytique activé en surface présentent une faible polarisation et conviennent donc particulièrement bien comme électrodes d'exci- tation pour stimulateurs cardiaques. Etant donné que le processus d'excitation consomme peu d'énergie, par suite de la faible augmentation du seuil de sensibilité, la durée de vie de la sour- ce d'énergie est grande et cette pile peut aussi être de petite dimension. R E V E N D I C A T I O N S 10- Electrode de carbone implantable, caractérisée en ce que la tête de l'électrode est, au moins en surface, en carbone pyrolytique. 2.- Electrode de carbone selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche de surface en carbone pyrolytique est au minimum de 0,05 mm. 3.- Electrode de carbone selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le carbone pyrolytique est activé en surface par une oxydation partielle.