Brevet FR2491659A1 — publié le 19820409

La présente invention concerne les dispositifs médicaux implantables tels que les stimulateurs, et elle porte plus particulièrement sur un dispositif de telémesure destiné à transmettre une information du stimulateur vers un récepteur éloigné, dans un but de diagnostic. Les stimulateurs destinés à appliquer des impulsions de stimulation au coeur en l'absence d'activité cardiaque naturelle sont bien connus. A ltorigine, ces stimulateurs étaient fabriqués à partir de composants analogiques discrets. Des stimulateurs conçus plus récemment emploient des circuits numériques réalisés sous forme monolithique. La complexité supplémentaire résultant de la réalisation sous forme numérique monolithique a été utilisée pour doter les stimulateurs de caractéristiques souhaitables,parmi lesquelles la possibilité de programmation. La demande de brevet US 91 279 du 5 novembre 1979 présente un exemple d'un tel dispositif de 11 art antérieur. Cette demande de brevet décrit un stimulateur qui comporte un certain nombre de caractéristiques programmables, parmi lesquelles la cadence de stimulation et la largeur d'impulsion. L'information concernant ces paramètres de fonctionnement est enregistrée sous forme numérique dans la mémoire du stimulateur. Après implantation, il est souhaitable de lire le contenu de ces positions de mémoire, dans un but de diagnostic.Des informations supplémentaires utiles dans un but de diagnostic, telles que impédance des conducteurs la tension de la batterie et l'électrocardiogramme interne du patient sont analogiques par nature Etne sont pas directement compatibles avec les autres informations numériques à l'intérieur du stimulateur. Par conséquent, les modulateurs-démodulateurs numériques classiques n'ont pas pu être appliqués aux systèmes de télémesure pour stimulateurs, du fait que leur utilisation nécessiterait la conversion périodique des données analogiques précitées en valeurs numériques, avant la transmission. Au contraire, le dispositif de télémesure fonctionnant en modulation d'intervalle d'impulsions qui correspond à l'invention est capable de transmettre des données analogiques sans conversion en valeurs numériques et il est capable de transmettre séquentiellement des données numériques comme des données analogiques0 Ces données sont transmises individuellement et en serie vers un récepteur éloigné, sous un format analogique ou un format numérique0 Le dispositif de l'invention comporte un circuit oscillant résonnant destiné à produire un signal porteur radlrafréquence. Ce circuit oscillant fonctionne à des intervalles périodiques déterminés par la fréquence de sortie ou la période d'un oscillateur à fréquence variable.Ainsi, le signal de sortie de l'oscillateur à fréquence variable module l'intervalle de temps entre les impulsions consécutives du signal porteur. Des sources dinformation numériques et analogiques sont connectées à l'oscillateur à fréquence variable pour faire varier la période de son signal de sortie. Dans le mode numérique, on fait varier le signal de sortie de l'oscillateur à fréquence variable de façon à lui donner une première période prédéterminée pour coder un 1 logique, et une seconde période prédéterminée pour coder un O log-9queO Dans le mode analogique, le signal de sortie de ltoscillateur à fréquence variable peut varier de façon continue sur une plage limitée autour d'une période nominale, pour coder les données analogiques. Une caractéristique supplémentaire de l'invention consiste dans l'utilisation du signal de sortie de 1'oscillateur à fréquence variable pour synchroniser la conversion des données numériques d'un format parallèle en mémoire à un format série convenant pour la transmission de télémesure. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 7 est un schéma synoptique des éléments fonctionnels du dispositif de codage et de transmission d'information à partir d'un dispositif médical implanté. La figure 2 est une table de vérité montrant la relation entre les valeurs de codage et les états correspondants des diverses sources de courant du dispositif. La fiacre 3 est un diagramme séquentiel montrant le format analogique et le format numérique des données, et La figure 4 est un schéma montrant l'oscillateur à fr#équence variable et les sources de courant, selon une forme se pretant à l'incorporation dans un circuit intégré bipolaire. Comme indiqué précédemment, on utilise un dispositif de télémesure utilisant la modulation d'intervalle d'impulsions pour transmettre une information analogique et numérique vers un récepteur éloigné à partir d'un dispositif médical implanté. Dans le cadre d'une application à un stimulateur cardiaque, l'information analogique peut comprendre la tension de batterie, l'impédance des conducteurs ou ltélectrocardiogramme interne du patient. De façon similaire, des données numériques caractéristiques peuvent compXrendre la largeur d'impulsion programmée et les réglages de rythme,ainsi qu'une information d'identification. La demande de brevet US 91 279 précitée décrit un exemple de stimulateur convenant à l'utilisation en tant que source d'information numérique.Cette demande décrit un stimulateur réalisé sous forme numérique qui comporte une mémoire destinée à enregistrer une information programmée de façon numérique (voir la figure 6H de la demande de brevet cité. Cette information est enregistrée en format parallèle sous la forme d'une suite de chiffres binaires. La demande de brevet US 957 825, déposée le 6 novembre 1978 décrit une source appropriée d'information analogique, telle que l'électrocardiogramme interne du patient. Le circuit décrit dans cette demande de brevet peut être utilisé pour constituer une source d'information analogique intracardiaque pour le dispositif de télémesure de l'invention0 Comme le montre schématiquement la figure 1, le coeur 10 est muni d'un cathéter 11, laissé en place, destiné à détecter les dépolarisations cardiaques et a stimuler le tissu cardiaque.Un circuit logique de stimulateur 12 reçoit des signaux par un amplificateur de détection 34 et il applique des impulsions de stimulation par un amplificateur de sortie 33o Le circuit logique de stimulateur 12 qui est représenté fonctionne sous la commande de données de paramètres qui sont enregistrées dans une mémoire 15. La mémoire 15 contient les données de paramètres sous forme parallèle et ces données sont converties sous forme série pour la transmission par un registre à décalage 16 qui fait partie du dispositif de télémesure. Le fonctionnement est le suivant. La transmission de données est déclenchée de la manière classique par la fermeture d'un interrupteur à lame souple qui est actionné de façon magnétique et qui se trouve à l'intérieur du stimulateur. Les données numériques sont ensuite transmises deux fois vers un récepteur à distance dans lequel elles sont décodées et soumises à un contrôle d'erreur. La transmission des données numériques est suivie par la transmission des données analogiques sous un format analogique. Le dispositif de télémesure est mis hors fonction en retirant l'aimant de la région du stimulateur, ce qui ouvre l'interrupteur à lame souple et met le dispositif de télémesure hors fonction. En outre, le dispositif de télémesure de l'invention comporte un circuit de blocage de récepteur qui permet au programmateur à distance d'interrompre la transmission de données analogiques ou numériques, ce qui tronque la transmission de l'information de télémesure, de façon que le stimulateur puisse recevoir une information de programmation de priorité supérieure provenant du programmateur à distance0 Cette fonction est assurée par des circuits numériques qui détectent la présence d'un train d'énergie radiofréquence de longue durée qui provient du programmateur éloigné et qui est reçu par le stimulateur. Ce train d'énergie est décodé de façon à mettre hors fonction le dispositif de transmission de télémesure et à préparer les circuits numériques pour la réception de l'information de programmation provenant du programmateur à distance. Oscillateurs Le signal porteur radiofréquence est produit sur la figure 7 par un circuit oscillateur résonnant radiofréquence 14. Le circuit résonnant 14 est excité à des intervalles périodiques détermines par un oscillateur à fréquence variable 12e L'énergie radiofréquence provenant du circuit résonnant 14 est transmise à une antenne 16 qui rayonne cette énergie vers un récepteur à distance (non représenté). La cadence de répétition de l'oscillateur à fréquence variable est fixée par uncertain nombre de sources de courant associées qui établissent une vitesse de charge résultante au noeud d'entrée 18 de l'oscillateur à fréquence variable 12. Dans le fonctionnement en mode numérique pour la transmission d'une information numérique, les sources de courant établissent une première vitesse de charge caractéristique pour coder un 1 logique et une seconde vitesse de charge caractéristique pour coder un 0 logique. Comme le montre la figure t, trois sources de courant associées 26, 28 et 30 sont mises en fonction par un circuit logique de commande qui actionne des interrupteurs 20, 22, 24. Lorsque chacune de ces sources de courant est mise en fonction, un courant caractéristique I > 0,51 ou 0,25I est appliqué au condensateur 32 qui établit une tension au noeud 18. Lorsque la tension sur le condensateur 32 atteint un niveau de déclenchement, la sortie de ltoscillateur à fréquence variable change d'état, ce qui déclenche l'émission d'un train d'énergie radiofréquence par le circuit résonnant 14. Par conséquent, la période séparant des trains successifs d'énergie radiofréquence est déterminée par le nombre de sources de courant qui sont en fonction. La table de vérité de la figure 2 indique la relation entre la valeur codée conformément à l'invention et les états des diverses sources de courant. Comme l'indique la table, le signal logique "1" est codé en mettant en fonction la source de courant 30 par la fermeture de l'interrupteur 24, ce qui fait fonctionner le condensateur 32 avec une vitesse de charge correspondant à un courant constant d'intensité I. Dans le mode de réalisation préféré, cette vitesse de charge caractéristique donne un intervalle entre impulsions de 1000 ps. De façon similaire, on code un "O" logique en mettant en fonction les deux sources de courant 28 et 30, ce qui donne un courant de charge résultant de 1,5I et conduit à un intervalle entre impulsions plus court, égal à 667 pse On réalise ceci en fermant les interrupteurs 22 et 24o Dans le mode analogique, on met alternativement en fonction deux sources de courant 26 et 30 pour établir une vitesse de charge nominale correspondant à un intervalle entre impulsions de 800 ps. On utilise un signal analogique approprié tel que le signal d'électrocardqog*^amme interne obtenu à partir des conducteurs du stimulateur, pour moduler l'une des sources de courant 26 afin de faire varier la cadence de charge nominale dans un sens positif ou négatif. Cette modulation de courant conduit à un intervalle entre impulsions variable qui correspond aux variations d'amplitude du signal intracardiaque. Comme le montre la figure 3, des données numériques correspondant à un train série d'états logiques ff' et g'O" sont codées sous la forme de durées plus courtes ou plus longues entre des trains d'énergie radiofréquence. Il est important de noter que l'intervalle le plus long, de 1000 jais, n'est pas un multiple entier de la durée plus courte de 667 ps qu'on utilise pour coder un "0 logique. Cette technique conduit à un taux d'erreur plus faible que dans les dispositifs dans lesquels le "O" logique et le "t" logique présentent entre eux une relation correspondant à des multiples entiers. Comme le montrent les traces analogiques inférieures de la figure 3, une durée nominale de 800 jis correspond au niveau #O# du signal analogique à transmettre. On utilise les excursions positives et négatives indiquées par les traces dut ondes en pointillés pour coder les excursions minimales et maximales de part et d'autre de la valeur nominale. Bien qu'on ait décrit le dispositif de télémesure en considérant uniquement un seul canal analogique, il est clair qu'on pourrait employer une technique de multiplexage dans le temps pour transmettre simultanément plus d un canal de données analogiques 36, comme le montre la figure 1. Le transfert séquentiel de plus d'un canal analogique est souhaitable pour l'utilisation avec les stimulateurs à deux chambres dont les performances dépendent des électrocardiogrammes intrinsèques pour l'oreillette et le ventricule. Une technique possible pour réaliser ce multiplexage temporel consiste à utiliser un multiplexeur 35, représenté sur la figure 2, et à coder un canal analogique supplémentaire, désigné par "Analog.B", en mettant en fonction les deux sources de courant 28 et 26. D'une manière similaire, d'autres sources de signaux analogiques 36, comme impédance des conducteurs ou la tension de batterie pourraient être placées dans un étage tampon et appliquées à la source de courant variable 26 pour établir une vitesse de charge proportionnelle au signal analogique0 Logique de commande et sources de courant Le schéma synoptique de la figure 1 montre les deux sources à courant constant 28 et 30 et la source à courant variable 26 mises en fonction par des moyens de commutation appropriés qui sont associés à la logique de commande 38.En pratique, les fonctions de commutation et de source de courant peuvent être combinées par ltutilisation de transistors bipolaires qui ont une caractéristique de courant collecteur-émetteur qui correspond à la valeur du courant de base injecté La figure 4 montre un mode de réalisation bipolaire approprié pour ces sources de courant. On va maintenant considérer la figure 4 sur laquelle le fonctionnement du circuit est déclenché par la fermeture d'un interrupteur à lame souple qui connecte le noeud 100 à la source de tension d'alimentation positive. Cette connexion applique un courant de polarisation aux transistors 102, 104, 106, 108 qui, à leur tour, appliquent un courant de polarisation aux transistors 110, 111, 112, 113, 114, 116, 118, 120 et aux transistors 122, 124 et 126. Le noeud d'entrée 99 assure la liaison entre les sources de courant et les sources de données numériques et analogiques. Ce noeud 99 est connecté à la source de tension d'alimentation positive par un circuit séparateur à trois états lorsqutun "O" logique doit être transmis, Le noeud 99 est connecté à la masse par l'intermédiaire du circuit séparateur à trois états pour la transmission d'une information "analogique, Le noeud 99 est déconnecté et est flottant lorsque le circuit séparateur à trois états est dans la configuration à haute impédance, pour la trans;nission d'un "1" logique. Pour la transmission d'un "1" logique, le transistor 118 est bloqué et letransistor 120 applique un courant d'environ 225 nA au point de connexion entre la base du transistor 128 et le condensateur 32 de l'oscillateur à fréquence variable. Si on suppose que le condensateur 32 est à un potentiel voisin de celui de la masse, les transistors 129, 130, 132, 134 et 136 sont bloqués. La tension présente sur le condensateur 32 augmente du fait du courant de charge que fournit le transistor 120, jusqu'à ce que les bases des transistors 128 et 129 soient au même potentiel. Ceci permet la circulation d'un courant dans les transistors 129 et 138. Lorsque le courant collectaur-émetteur du transistor 129 dépasse le courant qui circule dans le transistor 138, le courant en excès passe dans le transistor 134, ce qui provoque sa conduction.Ceci provoque à son tour la conduction du transistor t36 qui absorbe du courant par l'intermédiaire du circuit résonnant 14 et provoque l'émission d'une impulsion d'énergie radiofréquence. Le circuit formé par les transistors 130 et 134 constituent une bascule qui ne change pas d'état tant que le condensateur 32 n'est pas déchargé jusqu'à environ 0,5 V, après quoi ces transistors se bloquent. La décharge du condensateur 32 prend environ 2 et détermine le temps pendant lequel le transistor 136 est conducteur, ce qui détermine la largeur de l'impulsion qui est appliquée au circuit résonnant0 Lorsque le condensateur 32 est déchargé, le transistor 129 est bloqué et le transistor 128 est conducteur, ce qui permet de recommencer le cycle. Lorqu'un "7" logique est appliqué au noeud d'entrée 99, le transistor 118 devient conducteur et ajoute un courant supplémentaire au noeud d'entrée 18 de l'oscillateur à fréquence variable, ce qui réduit le temps nécessaire pour atteindre le niveau de déclenchement du circuit oscillateur à fréquence variable et réduit donc l'intervalle entre impulsions à environ 667 #s. Lorsque le noeud d'entrée 99 est mis à la masse par la logique de commande du fonctionnement, le mode de transmission analogique est en fonction et un signal de tension analogique appliqué sur la base du transistor 142 est converti en un courant de charge proportionnel par les transistors 142, 144, 146, 148, 140 Lorsque la tension analogique varie, le courant du transistor 148 est modulé et l'intervalle entre impulsions est ainsi décalé par rapport à l'intervalle nominal de 800 ys, Bien qu'on ait représenté la réalisation des sources de courant et de l'oscillateur à fréquence variable en technologie bipolaire, il faut noter que des structures équivalentes existent dans d'autres technologies, comme les technologies métal-oxyde-semiconducteur, et que d'autres modifications peuvent être faites sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de télémesure utilisant la modulation d'intervalle d'impulsions pour transmettre à la fois une information analogique et une information numérique à partir d'un dispositif médical implantable vers un récepteur à distance, caractérisé en ce qu'il comprend ~ des moyens(2O,24,26, 30) destinés à faire varier l'intervalle dtimpulsions de façon continue autour d'une valeur nominale, sous l'effet de l'information analogique ; et des moyens (22, 24, 28, 30) destinés à fixer l'intervalle d~irpulsions à une première valeur prédéterminée pour coder un 4 logique et à une seconde valeur prédéterminée pour coder un :'0't logique, pour la transmission en série de l'information numériques 2.Dispositif de télémesure utilisant la modulation d'intervalle d'impulsions pour transmettre à la fois une information analogique et une information numérique à partir d'un dispositif médical implantable, caractérisé en ce qu'il comprend : une source de données numériques ; une source de données analogiques ; un oscillateur à fréquence fixe (14) destiné à fournir un signal porteur ; un oscillateur à fréquence variable (12) destiné à faire fonctionner périodiquement ltoscillateur à fréquence fixe pour établir les intervalles d'impulsions de télémesure ; des moyens (22, 24, 28, 30) qui fonctionnent sous la dépendance de la source de données numériques de façon à faire varier les conditions de fonctionnement de l'oscillateur à fréquence variable entre un premier intervalle d'impulsions prédéterminé pour coder des données numériques 11111 et un second intervalle d'impulsions prédéterminé pour coder des données numériques "O" ; et des (20,24,26,30) qui fonctionnent sous la dépendance de la source de données analogiques de façon à faire varier de façon continue les conditions de fonctionnement de l'oscillateur à fréquence variable, autour d'un intervalle d'impulsions nominal, pour coder les données analogiques. 3. Dispositif de télémesure utilisant la modulation d'intervalle d'impulsions pour transmettre séquentiellement une information analogique et une information numérique à partir d'un dispositif médical implantable, vers un récepteur à distance, caractérisé en ce qu'il comprend : une source de données numériques ; une source de données analogiques un oscillateur à fréquence fixe (14) destiné à produire un signal porteur de télémesure radiofréquence ; un oscillateur à fréquence variable (12) qui réagit à une vitesse de charge en faisant fonctionner périodiquement l'oscillateur à fréquence fixe pour établir les intervalles d'impulsions de télémesure et plusieurs sources de courant (26, 28, 30) qui sont associées aux sources de données analogiques et numériques, de façon à établir une vitesse de charge proportionnelle à la valeur instantanée de ladite information. 4. Dispositif de télémesure utilisant la modulation d'intervalle d'impulsions pour transmettre séquentiellement une information analogique et une information numérique à partir d'un stimulateur implantable du type comportant une mémoire (15) destinée à l'enregistrement d'une information numérique, et du type comportant des moyens de mesure analogiques constituant une source d'information analogique en temps réel, caractérisé en ce qu'il comprend : un oscillateur à fréquence fixe (14) destiné à générer un signal porteur de télémesure ; un oscillateur à fréquence variable (12), sensible à un niveau de courant, destiné à produire un signal de modulation pour faire fonctionner périodiquement ltoscillateur à fréquence fixe à des intervalles de temps proportionnels au niveau de courant ; et des moyens de génération de courant (20, 22, 24, 26, 28, 30) destinés à produire un niveau de courant proportionnel à la valeur instantanée de l'information analogique et à produire un niveau de courant proportionnel à la valeur instantanée de l'information numérique. 5. Dispositif de télémesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de génération de courant comprennent plusieurs sources de courant(26,28,30) proportionnées deux au moins d'entre elles sont mises en fonction sélectivement pour coder une information correspondant à un t logique et une information correspondant à un "0" logique, et deux au moins d'entre elles sont mises en fonction sélectivement pour coder une information analogique. 6. Dispositif de télémesure selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (16) destinés à convertir des données numériques enregistrées dans la mémoire (15) en format parallèle, en un train de bits série qui est appliqué aux moyens de génération de courant avec une cadence de bit égale à celle du signal de modulation. 7. Dispositif de télémesure selon l'une quelconque des revendications 4 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de génération de courant (20, 22, 24, 26, 28, 30) comprennent en outre :une première source de courant (30) destinée à établir une vitesse de charge de polarisation et qui est en fonction pendant le mode de télémesure ; une seconde source de courant (28) qui est mise en fonction sélectivement sous lteffet des données numériques pour établir une première vitesse de charge correspondant à un "1" logique et pour établir une seconde vitesse de charge correspondant à un "O" logique ; et une troisième source de courant (26) qui est mise sélectivement en fonction sous l'effet des données analogiques pour établir une vitesse de charge variant de façon continue et proportionnelle à la valeur instantanée des données analogiques.