Brevet FR2492262A1 — publié le 19820423

PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMENDE D'UN APPAREIL OU INS TRUME1'T NOTAMMENT UN STIMULATEUR CARDIAQUE IMPLANTABLE. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'un appareil ou instrument alimen tS électriquement au moyen d'une batterie ou similaire, en particulier un stimulateur cardiaque implantable. On sait qu'un stimulateur cardiaque implantable, intra-corporel, comporte un dispositif de commande à fonctions multiples telles que le chronométrage d'intervalles de temps de durée programmée ou calculée par le dispositif de commande et la réalisation de décision et d'opération logique en fonction de siqnaux asynchrones provenant de circuits externes numériques ou analogiquestfaisant partie du stimulateur. On connaît déjà une forme de réalisation de tels dispositifs de commande sous la forme d'un processeur 3 mode d'opération parallèle et comprenant un ou p)u- cieurs corpteurs et une logique associés. Cependant, cotte forJ;It dc réalisation présente l'inconvénient d'être rigide du point de vue fonctionnel et peu susceptible d'etre modifiée ultérieurement. En outre, cette forme de réalisation est peu adaptée au cas de stimulateur cardiaque implantable très sophistiqué. La fiabilité de cette forme de réalisation est douteuse.La consommation électrique d'une telle forme de réalisation est importante ce qui est un inconvénient majeur tout spécialement dans le cas d'un stimulateur cardiaque implantable. On connaît également une autre forme de réalisation d'un dispositif de commande pour stimulateur cardiaque utilisant un micro-processeur dont les opérations logiques résultent d'instructions contenues dans une mémoire programmalle (mémoire programmable par masquage, mémoire volatile ou non volatile).Cette forme de réalisation présente l'avantage essentiel de présenter la souplesse fonctionnelle qui faisait défaut à la première forme de réalisation mentionnée précédemment.Cependant, il se pose alors le problème de la consommation électrique d'un tel dispositif de commande, qui est un élément critique dans le cas d'un stimulateur cardiaque.Afin de réduire cette consommation électrique a un niveau acceptable pour un stimulateur cardiaque, par exemple de l'ordre de 1 micro Ampère a 3,5 Volt, on utilise un processeur a vitesse opératoire lente (correspondant au rythme de l'horloge associée au micro-processeur) par exemple de l'ordre de quelques centaines d'instructions par seconde.Dans le cas d'un stimulateur cardiaque comportant un dispositif bì= directionnel de transmission d'information ou d'instruction (notamment avec un programmateur externe, en particulier par télémétrie) il s'ensuit un allongement de la durée de transmission de l'instruction ou de l'information avec tous les risques inhérents notamment la perte du couplage entre le dispositif de commande et le programmateur externe; pendant la transmission d'informations. également. ces dispositif s de mande connus caçortent une horloge unique qui d'une part associée au processeur détermine la vitesse de réalisation par le processeur des opérations logiques, d'autre part le rythmez de chronométrage des intervalles de temps e x t e r n e s. I 1 s'e n s u it que la réaction du dispositif de commande a un évènement extérieur doit être intercallée dans l'activité du dispositif de commande pour calculer la durée des intervalles devant être chronométrés. C'est pourquoi la durée d'opération du dispositif de commande en réponse à un évènement extérieur doit être fixée ou prédéterminée et ce indépendemment de l'évènement afin de ne pas perturber le chronométrage des intervalles de temps, ce qui est donc source d'une rigidité fonctionnelle de ce dispositif de commande. En outre, le fait que cas processeurs ont comme fonction de chronométrer les intervalles de temps implique l'emploi d'un nombre de portes logiques beaucoup plus important que le nombre nécessaire pour réaliser la même fonction dans un compteur pré- réglé externe au processeur.Il s'ensuit que la consommation d'un processeur réalisant cette fonction est plus élevée que celle d'un processeur ayant un compteur externe. La faible vitesse opératoire du processeur -pour réduire la consommation électrique- a également comme conséquence un possible retard dans l'opération résultant d'un évènement second en date, dès lors que l'opération consécutive au premier évènement n'est pas terminée. La présente invention vsse à remédier à ces différents inconvénients. Elle propose à cet effet un procédé de commande pour un appareil ou instrument alimenté électriquement, notamment un appareil ou instrument médical et par exemple un stimulateur cardiaque implantable, intra-corporel comportant en général des bascules et des compteurs, ces derniers associés à une horloge. Dans ce procédé, on repère l'état des bascules et des compteurs. On déclenche le fonctionnement du processeur faisant partie du dispositif de commande si et seulement si l'état des bascules et des compteurs atteint une valeur pré-fixée. On fait opérérer processeur à un rythme de fonctionnement propre, rapide, plus élevé que celui de l'horloge. On met le processeur à l'état de veille dès que les opérations consécutives à son déclenchement ont été éxécutées. Un dispositif de commande suivant l'invention comporte donc un processeur, au moins une bascule associée à l'appareil ou instrument auquel est associé le dispositif de commande, notamment le stimulateur cardiaque ; au moins un compteur associé à une horloge ; une porte "et" en sortie de la bascule, du compteur et d'une sortie du processeur la sortie de la porte "et" étant appliquée à une entrée arrêt du processeur. On comprend que grâce au procédé et au dispositif suivant l'invention, le processeur fonctionne à vitesse rapide mais de façon temporaire et discontinue, seulement dans une phase opératoire. Ce fonctionnement intermittent du processeur permet de réduire la consommation électrique d'alimentation de celui-ci. Cet avantage est renforcé par le fait que le ou les compteurs sont externes et non intégrés au processeur lui-même qui ne réalise pas cette fonction de chronométrage. La vitesse de fonctionnement du processeur étant élevée, la réponse à des évènement extérieurs est rapide. Ainsi, le dispositif suivant l'invention peut répondre à trois évènements simultanés en moins de 1,5 millisecondes avec une consommation électrique inférieure à 1 micro-Ampère à 3,5 Volts.Ces avantages sont obtenus tout en donnant au dispositif de commande une grande flexibilité fonctionnelle. Les autres caractéristiques de l'invention résulteront de la description qui suivra en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique, sous la forme d'un bloc diagramme, montrant la structure fonctionnelle d'un dispositif de commande suivant l'invention. Suivant l'invention il est proposé un procédé et un dispositif de commande 1 pour un appareil ou instrument alimenté électriquement, notamment un appareil ou instrument médical, plus spécialement un stimulateur cardiaque implantable intra-corporel 2, illustré schématiquement Le dispositif de commande 1 comporte un processeur 3 notamment un micro-processeur ou un-micro-ordinateur comportant une mémoire programmable par masquage et une mémoire vive de travail. Au processeur 3 sont associés et connectés des cir- cuits associés 4 soùs la forme d'un ou plusieurs circuits intégrés. Le cas échéant, le processeur 3 et les circuits associés 4 peuvent être combinés dans un unique circuit intégré. Il est clair que le dispositif de commande suivant l'invention peut faire l'objet de nombreuses formes de réalisations à la portée de l'homme de métier, selon les types de circuits utilisés. Préférentiellement, on utilise un technique de réalisation CMOS mais d'autres techniques telle que 3a technique 12L peuvent également être utilisées. Au processeur 3 est associée une horloge propre 5 (tel qu'un oscillateur résistance capacité) dont la fréquence dé tcrminc 3a vitesse opératoire du processeur 3. Selon l'invention, cette fréquence est aussi élevée que le permet le processeur 3, la vitesse de fonctionnement de celul-ci étant donc très rapide Naturellement, il va de soi que l'horloge 5 peut être realist-e de toute autre manière notamment au moyen d'un quartz. Le processeur 3 comporte une pluralité de sorties 6a, 6D, 6c, (d, associées au stimulateur 2 par des liaisons d'ontrée 7a, 7b, 7c, 7d. Le nombre de sorties est suffisant pour permettre la commande du stimulateur cardiaque 2. Le signal ou la bomise à zéro pour une sortie 6a, 6b, 6c, 6d est déterminée par le processeur 3 en fonction du programme d tlevell stocké dans sa mémoie. Lt stimulateur cardiaque 2 comporte également de sorties Ba, 8b, analogiques ou numériques, auquelles peuvent être associées des liaisons 9a, 9D avec le dispositif de commande 1. Dans l'exemple illustré par la figure, il est re présenté deu > : sorties Sa, 8b, mais il est clair que l'invention s'applique a un nombre quelconque de sorties. Les liaisons Da, b sont associées aux entrées de bascules 10a, 10b, respectivement. Préférentiellement, les signaux à l'entrée des bascules 10a, 10b sont des signaux nu mériquesà temps de montée rapide afin de limiter la consomna- tion des bascules 10a, 10b. Dans ce cas, des signaux peuvent représenter Un cocue binaire illustrant l'état d'un certain nombre de paramètres surveillés par le dispositif de commande Dans le cas d'un stimulateur cardiaque implantable, ces para- mètres sont par exemple la résistance.interne de la batterie d'alimentation, les caractéristiques fonctionnelles du stimu jaseur cardiaque, etc. Les sorties lla, 11b des bascules 10a, 10b sont associées à des en- trics, 12a,12b du processeur 3 via les liaisons i3a, 13b. Les bascules 10a, 10b comportent également des entrées 14a, 14b de re nisc d zéro associ6es à des sorties 15a,15b du processeur 3, via les liai- sons 16a,16b. De la sorte, le processeur 3 peut tester via les entrées l2a, 12b et les sorties 11a, 11b individuellement, l'état des bascules lOa,10b. Egalement le processeur 3 peut remettre à zéro les bascules 10a, 10b via les sorties 15a, 15b et les entrées 14a, 14b. Le dispositif de commande 1 comporte d'autre part une horloge 17 ou un oscillateur bistable numérique, distnct de l'horloge 5, à fréquence faible, notamment plus faible que ceLle de l'horloge 5. La forme de réalisation de l'horloge 17 peut faire l'objet de nombreuses variantes à la portée de l'homme de métier, à partir d'un quartz ou autre. La période de fonctionne ment de l'horloge 17 est choisie pour l'efficacité maximale, notamment de la période minimale devant être chronométrée par le dispositif de commande. A partir d la sortie J8 de l'horloge 17, les irrp'3iìo)s de l'horloge sont appliquées aux entrées 19a,19b, via des liaisons 20a,2Ob de compteurs 2 Il est clair que le nombre de compteurs peut être quelconque, en tant que de besoin. Les compteurs 21a,2lb comportent une entrée respectivement 25a, 25b, associée à une sortie 26a,26b du processeur 3 via les liaisons 38a, 38b. Un bus 39 est associé à une sortie 40 du processeur 3 et à des entrées 41a, 41b des compteurs 21a,21b. Le processeur 3 peut commander via les liaisons 38a,38 et les entrées 25a,25b, le chargement dans les copteurs 21a, 21b d'un compte initial qu'il a préalablement placé sur le bus 39 via la sortie 40 et gui est transféré aux compteurs 21a,21b via les entrées 41a,4Lb. Les compteurs 21a, 21b ont des sorties 22a, 22b associées via des liaisons 23a,23b aux entrées 24a, 24b du processeur 3. Les sorties 22a,22b permettent, via les liaisons 23a, 23b de signaler au processeur 3 que le contenu des compteurs 21a,21b a atteint une valeur fixée et déterminée ou compte final. Ainsi, la durée séparant le moment de chargement du compteur du ncr nuent on il a atteint le compte final est égale à la différence existant entre la valeur initiale et le compte final multipliée par la période de l'horloge 17. Le processeur 3 peut commander l'un seulement ou les deux compteurs 21a, 21b pour chronométrer indépendamment des multiples de la période de fonctionnement de l'horloge 17 Il n'est pas nécessaire que le processeur 3 soit opérationnel pendant le chronométrage de ces intervalles. Le processeur 3 peut pendant ce chronométrage être à l'état de veille et détecter la fin du chronométrage via les sorties 22a, 22b et les entrées 24a, 24b. Les deux bascules 10a, 10b ont une sortie logique 27a, 27b. Les deux compteurs 21a, 21b ont une sortie logique 28a, 28b. Les sorties 27a, 27b, 28a, 28b sont associées par des liaisons respectivement 29a, 29b, 30a, 30b aux entrées d'une porte logique 1,et" 31 dont une entrée supplémentaire 32 est associée par une liaison 33 à une sortie 34 du processeur 3. La sortie 35 de la porte 31 est associée par une liaison 36 à l'entrée arrêt 37 du processeur 3. Les sorties logiques 27a, 27b, 28 a, 28b sont "1" quand les bascules 10a, 10b n'ont reçu aucun signal depuis les sorties 8a, 8b ou que les compteurs 21a, 21b n'ont pas a t t e i n t 1 e s c o m D t e s f i n a u x. Lorsque 1 e s b a s c u i e s 10a, 10b, o n t r e ç u d e s signaux, les sortie logiques 27a, 27b sont"0" . De même, les sorties logiques 28a, 2 & des compteurs 21a, 21b sont "0" lorsque ceux-ci ont atteint les comptes finaux. La sortie logique 35 de la porte 31 est"l" si et seulement si les sorties logiques 27a, 27b 28a, 28b sont"l" et en combinaison si la sortie logique 34 du processeur 3 est Le processeur 3 entre en opération dès que la sortie logique 35 est à l'état "O" c'est à dire que l'entrée d'arrêt du processeur 3 est inactive. Le processeur 3 opère jusqu'à temps que la sortie logique 35 revienne à l'état..1... A partie de ce moment, le processeur 3 est à l'état de veille, l'horloge 5 étant arrêtée. Il s'ensuit que la consommation du dispositif de commande est très faible et due aux courants de fuite. Pendant la phase de veille du processeur 3, l1hor- loge 17 continue à fonctionner et les compteurs 21a, 21b continuent à chronométrer les durées qui ont été préréglées par le processeur 3. Dès que l'une des sorties logiques 27a, 27Le, 28a, 28b passent à l'état "O", la sortie logique 35 passe également à l'état "0" et le processeur 3 peut opérer. Le processeur 3 détermine alors lequel ou lesquels des éléments 10a, lOb, 21a, 21b, est à l'origine de son déclenchement. La sortie 34 est mise à l'état "0" pour main- tenir le processeur 3 en opération. Ensuite, le processeur 3 peut remettre à zéro les bascules 10a, 10b, et/ou charger dans les compteurs 21a, 21b des valeurs initiales différentes de leurs comptes finaux. Le processeur 3 exécute ensuite les opérations impliquées par la cause de son déclenchement ou toute autre opération et revient ensuite en veille comme expliqué plus haut en replaçant sa sortie 34 dans l'état 1". Il est clair que la durée opératoire du processeur 3 peut varier, en fonction de la cause du déclenchement du processeur. D'autre part, le processeur 3 peut répondre aussi bien à des causes multiples et simultanées de déclen- chement. L'invention concerne également un stimulateur cardiaque notamment implantable comportant un tel dispositif de commande. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un appareil ou instrument alimenté électriquement notamment un appareil ou instrument médical, plus spécialement un stimulateur, caractérisé par le fait qu'on repère l'état de bascules associé au stimulateur cardiaque et de compteurs auxquels est associée une horloge ; on déclenche le fonctionnement du processeur si et seulement si l'état d'au moins une des bascules ou d'au moins un des compteurs atteint une valeur pré-déterminée ; on fait opérer le processeur à un rythme de fonctionnement plus élevé que celui de l'horloge ; on met le processeur à l'état de veille dès que les opérations résultant de la cause de son déclenchement sont exécutées. 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait qu'on maintient l'horloge et les compteurs associés en activité lorsque le processeur est à l'état de veille. 3. Dispositif de commande pour un appareil ou instrument alimenté électriquement notamment un appareil ou instrument médical, plus spécialement un stimulateur cardiaque implantable intra-corporel, caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison un processeur 3 ; au moins une bascule 10A, 10B associée à l'appareil ou instrument 2 commandé au moins un compteur 21A, 21B associé à une horloge 17 ; une porte logique "et" 31 en sortie 27A, 27B, 28A, 28B de la bascule 10A, 10B, du compteur 21A, 21B et d'une'sortie 34 du processeur 3 ; lasortie 35 de la porte logique "et"31 étant appliquée à une entrée arrêt 37 du processeur 3. 4. Dispositif de commande suivant la revendication 3 caractérisé par le fait qu'au processeur 3 est associée une horloge 5 distincte de l'horloge 17, la fréquence de fonctionnement de l'horloge 5 étant plus élevée que celle de l'horloge 17. 5. Dispositif de commande suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisé par le fait que le processeur 3 comporte des sorties 15A, 15B, 26A, 26B associées à des entrées de changement initial 14A, 14B, des bascules 10A, 10B et des compteurs 21A, 21B. 6. Dispositif de commande suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé par le fait qu'un bus 39 est associe au processeur 3 et au compteur 21A, 21B, pour appliquer à ceux-ci leur valeur initiale de comptage