Brevet FR2507089A1 — publié le 19821210

La présente invention concerne le domaine des Il)pp:rei ils élc Lloniques médicaux et, plus particullère- imelnt, des appareils en vue de traiter la douleur par l'application de stimuli électriques sur la surface du colrps du patient. On sait que ljon peut soulager la douleur en appliquant des impulsions électriques à la surface du corps ou à des électrodes implantées dans le corps. Initialement, cette stimulation électrique a été appli- quée de telle sorte que l'énergie soit juste suffisante pour stimuler des nerfs sensoriels superficiels et des efforts ont été entrepris afin d'éviter la stimulation des nerfs sensoriels et musculaires profonds, ce qui provoque des fasciculations (contractions convulsives). Par la suite, on a découvert qu'une stimulation électri- que à des niveaux suffisamment élevés pour provoquer des contractions musculaires donnait lieu à une analgésie à long terme nettement améliorée, le soulagement de la douleur se prolongeant nettement après la cessation de lt stitulation; toutelfois, les patients atteints de douleurs ne pouvaient généralement pas supporter les sensations désagréables qui accompagnent la stimulation de haute intensité. Afin d'éviter cet inconvénient, on a proposé de st-imuler les nerfs musculaires et sensoriels profonds par de courts trains d'impulsions électriques, ces tr-ains di'impulsions étant à une basse fréquence Par ce p)i-oc:(>el, on peut atlgilenter te cotirant l Purn tiers à la m i Litie pour tobtenir le niveau requis d'intensité des t r() tat-Loionis sans lit réponse douloureuse résultant du stimulus La stimulation électrique transcutanée clas- sique des nerfs consiste habituellement en un train continu d'impulsions ayant trois paramètres variables. La vitesse peut varier entre 1 et 100 impulsions par seconde, la puissance de sortie, entre O et 70 milli- ampères de crête à crête et la largeur d'impulsion, enltre O et 400 microsecondes Une stimulation électri- -ltq tra;scultanét e tdes nerfs à grande vitesse est habituel- I e'lmet ll it St illluli atioll ayan Iit 11 utl à des vit essts supé- Iit'Ures 50 impulsious par seconde, A ces vitesscssupé- rieures, si l intensité est amenée à un niveau produisant des contractions musculaires, peu de patients peuvent tolérer les sensations douloureuses résultant du stimu- I ls o En interrompant périodiquement le train d' impulsions à une faible vitesse, c 'est-à-dire en déclenchant et en interrompant la stimulation de manière cyclique, les sensations peuvent être réduites à un certain degré mniais, en règle générale, les patients ne peuvent tolérer des impulsions même interrompues au niveau nécessaire pour ia stimu Lation des muscles et ce, en raison de la réac- tion néfaste à la faible vitesse d'interruption du cou- rant, la sensation ainsi produite étant souvent désignée par l'expression "sensation de torture chinoise par I leau"l En "modulant", c'est-à-dire en faisant varier automatiquement les paramètres du stimulus selon une v(. tho(le prescrite, on produit une nouvel le sensation 2 o (qui est di Cférente pour chaque réglage de ces paramètres. La méthode particulière die variation automatique est importante et ce, que l'on fasse varier la vitesse, l 'amplitude ou la largeur dlimpulsion individuellement o en di lférentes combinaisons En outre, il est d'une importanice( vitale de prévoir un élément cn vue de régler manuell ement I les paramètres individuels du stimulus petil lu patiiieut att cottrs d(e lai modulation afin d'ét;abl i &il(l gtllll( { lit l I z v)iv(L p itts ag I ab l S tqu t d'autr s Aucune comibinai- 3 11 sin ii di Vid U(e I le ltd parali;t',tes l ots t optinmum pour le pa; ti Lcit, mnai S ce sont plutôt, les variations autour des pairallièetres (le bas( qui sont importantes et c'est le patient qui doit deéterminer ce réglage pendant la miodu- I al oni (du stimul ateur. En outre, i I convient de prévoir un élément ultonlil;ti qttue de tel Ilt sorte que le pourcentage de modu- il iot iiu 1 u,'} 11 '1 ót I I,;u Sle (ule( le patielit augmente le reglage manuel des paramètres; lorsque des vitesses leves, de larges impulsions et lune intensité supérieure masquent les changements provoqués par la modulation, le (hl;mem(tiierlt doit alors être plus important Dc même, à (le faibles niveaux d'intensité pour un patient sensible, le pourcentage de changement doit être plus faible afin d'éviter un saisissement ou de provoquer une sensa- t ion douloureuse. La présente invention concerne Ul appareil lo C lectri apparcil dans lequel les impulsions provoquant le sti- mulus sont modulées à la fois dans le temps et en inten- sité dlune manière prescrite, l'amplitude et la largeur dts iimpulsions diminuant, tandis que la vitesse de répé- tition de ces impulsions augmente et vice versa Cette variation complexe du stimulus électrique a pour résul- att d(e produire une sensation confortable et agréable à des niveaux suffisants pour provoquer des contrac- t ions musculaires et une stimulation des nerfs afférents 2 > profonds, déclenchant ainsi la libération diélectuaires emidogènes tels que 1 lendorphine, qui suppriment la douleur. Différ ents avantages et caractéristiques d Itoriginalité de l'tinvention seront soulignés plus par- t:iculièrevient ci-aprèes Toutefois, afin de mieux com- prerl(I e llinvention, les avantages et les objets de son tl.i J i Oisatit,n sl S rl'Fri-e-a aux dessins annexes qui Lont p ie dh' i a prle Stnte sp cification ainsi qu'à la des- {-i ption y relative, ces dessins illustrant une forme de r)-alisation préférée de l'invention. Dans les dessins annexés dans lesquels les :,èem {s chiffres de référence désignent des éléments cor- -esponidants dans I es différentes figures: i a f'ilure I est un diagramme de courbesd'ln- s; t itd/dumd-e pour différentes classes de fibres nerveuses; La figllre 2 montre lie relation entre les modu- a.l ons d't impulsions de la fliture 1 et la perception subjt ut i vu ie 1 lntejîSi L(' par 1 t patit i ti; la figure 3 est un schema synoptique ( lun -ap- pareil (de stimulation électrique suivant I linvention; et 57 Jla fitur-e 4 est un scóhéuia du circuit dlu dis- poi_ t i, illustré en figure 3. La figure 1 est un diagramme montrant la con- figuration sous laquelle apparaitraient des courbes d'lintensité/durtée pour une classe différente de nerfs si eliles étaient toutes tracées sur les mêmes coordonnées. I:n I loccul rence, L' i ntensit l du stimulus augmente lc long de l'axe vertical (ordonnée), tandis que la lar- geur d'impulsion augmente le long de l'axe horizontal (absci sse) La courbe A montre le parcours de modu- lation dans lequel on fait varier la largeur des im- pulsions, l'amplitude restant constante La courbe B montre le parcours de modulation dans lequel l'ampli- tude augmente avec la largeur des impulsions, cette courbe representant la modulation préférée pour porter, au maximum, le rétablissement de différentes classes de nerfs en fonction du temps, augmentant ainsi 11 ap- por-t sensoriel au système biologique La courbe C mi:nt l'e Ie pi-c'(ottls de modulation dans lequel l aitîpli- uitde diminue avec la largeurl des impulsions. La figure 2 illustre les courbes montrant la val iation de la perception ou de la conscience subjec- t iv' d( I ijil ensitt d'tiunet st imnltation (sur l Iaxe ver- i alt I) ave( duulu't io tn pl itudte el't I tiagutil' tles impulsions (sur I 1 axe ho i- znt(} ial) augmentent La courbh' D correspond à la courbe B de lta figure I et olieo mont-'e que, lorsque l'ampli- tlid( et Ila Largeur des inipul sions augmentent, l inteu- sit,' peu)eçuc par le pa Ltient augmente c galemlent La -oulbe E 1 mountre quesi la vi esse des impulsions chang t, { a loi S qlue I l;t nplitude et la largeur des impulsions u., st,ertt les mêmes, le patient perçoit une réduction dt I lit ensité du stinmlus La courbe F montre que, si la vite sse diminue alors quet l'intensite et la Jar- ge'ur(l des impulsions augmentent, le patient ne ressent aucun changement important dans le stimulus. La présente invention fournit des stimuli présentant des variations dans I l amplitude, la largeur et la vitesse que doivelnt, avoir' Les impulsions pour obtenir le résultat illustré par la courbe E La figure 3 illustre deux unités 20 et 21 pour le traite- imenrit d'un patient, ces unités étant représentées sous 'forime de paires d'excitations d'électrodes 22 et 23. Cliatli( untit é comp:eticpid ull nmp Li icateurp dli impl)ulsions,; ainsi qu'un convertisseur largeur/amplitude pour les impulsions Ces unités sont excitées à l'intervention de conducteurs 24 et 25,par des générateurs d'impul- sions monostables 26 et 27 respectivement comportant d(s d I mmernts manuel S individuels 30 et 31 pour le con- trôle de l'amplitude et permettre, au patient, d'ef- fectuer son réglage au cours de la modulation Les generateurs 26 et 27 sont déclenchés à l'intervention des conducteurs 32 et 33,par un générateur d'impul- sions astable 34 comportant un élément manuel de con- trôle de vitesse 35 permettant, au patient, d'effec- tuer son réglage Les générateurs 26 et 27 sont com- mandés, via des conducteurs 36 et 37, par un générateur d impulsions de modulation 40 qui commande également le générateur 34 via un conducteur 41 Le blocage lde I c(omnande 40 s'effecttue au moyen d'un commutateur 42 a(t ionit par un( e comuna(le 35 à& I'interventionl ditun syst ei&e in lllique 43. 3.) Lit figure 4 illustre un générateur d 8 impul- sio Ins astable 34 comprenant un inverseur 50, un con- densateur 51 et des résistances de réaction 52 et 53, la retsst;nce 52 étant variable grâce à un bouton de v.glagxe 54 tt el:c constitue le système de réglage manuel 35 de la figure 3. Le générateur d'impulsions monostable 26 coinm- prn Id un inverset'r 60, un condensateur 61 et une résis- Liance variable 62 raccordée, via un commutateur 63, à tin(: b)a'l'e omnibus pl)Si tive 64 e:xcitée à partir (le la borne positive d'une batterie 65 dont la borne négative est lraccordée à la terre On prévoit un condensateur de filtrage 66 Le commutateur 63 et la résistance 62 sont actionnés par un bouton commun 67 et ils consti- tuent l'organe de réglage 30 illustré en figure 3. Un amplificateur d impulsions 20 comprend un (olllndenslateur 70, un transistor à effet de champ 71 et 1) un t'ransforiabeur' 72 ayant un enroulement primaire 73 mis en dérivation par un condensateur 74 et raccordé à la barre omnibus 64, de même qu'un enroulement secon- daile 75 raccordé à des électrodes 22. Le géenerateur deimpulsions monostable 27 com- pr tnd un inverseur 80, un condensateur 81 et une résis- tance variable 82 raccordée, via un commutateur 83, à la barre omnibus positive 64 Le commutateur 83 et la nésistance 82 sont actionnés par un bouton commun 87 (t i Is constitt (ent l lorgane de réglage 31 ill ustré en 2 (> 1 iu lm' 3. Uni amplificateur d'impulsions 21 conmprend un condensateur 90, un transistor à effet de champ 91 et un transformateur 92 comportant un enroulement primaire 93 mis en dérivation par un condensateur 94 et raccordé h lit bar, e omnibus 64, de même qu'un enroulement secon- (laire 95 raccordé à des électrodes 23. Lc gé(ntérateur dl'impulsions de modulati Lon 40 (:)mipt'l(il I 1 i nvelrseuilr 100, un ct)ndell Sateur 101 l't: acol'dé' h la barre( olulibus 64 via les commnutateurs 63 et 83 ) mlu)lt,(s ('*n para lè I e, (le même qu'une résistance de l'(' (:t ioll 102 Ce générateur de modulation est rac- cor'dé au générateur 26 via une résistance 103, une dliode 104 et un conducteur 36, ainsi qulau générateur 27 via une lrésistance 105, une diode 106 et un conduc- teur 37 Le générateur d'impu 'ions de modulation 40 :(mpre d égaelement une diode 11 l), une paire dtinver- -,u'is 111 (I 112, unoe pa Ji e (et lm iutsistors à efft'et de *haip 113 et 114, une resistanice de couplage 115, un jonction progr;immable 117 alimenté par une paire de resistances 120 et 121 Un commutateur 122 de sélec- tion de mode de modulation est associé au transistor 117 et il est actionné par un bouton 54 via un système mnecanique 123 faisant partie du système de réglage manuel 35. Un circuit de contrôle visuel 130 comprend une diodte électrolumilnescente 131 excitée à partir de La batterie 65 via les commutateurs 63 et 83 montés en parallèle sous l e contrôle d 'un transistor à effet d et une diode 136 raccordée à ltinverseur 80. Lors de ltutilisation, le commutateur 122 est Ilram p()ur inhibter Ita modulation ainsi quion le dé- 0 t-il'-a:ci-après, I e circuit est excité p O Ul provoqueri une stimuiation continue et faciliter la mise en place d(une ou de deux paires d'électrodes 22 et 23 sur le corps du patient dans des positions optimales, un ou I S deux comnmutateurs 63 et 83 étant fermés à cet effet, tandis que le circuit de contrôle 130 indique si le st imu Lateur fonctionne correctement Après la mise en 1 1 at' des c( ct Lrodos, on ouvr ( 11 (e colimmlutatteurl 122 et. n 11 e-' gle la niature c Ies stimult i ad l:ibitum en actionnanlt I.es t:commian(es 30, 31 e(t 35. :otl A Avec le condensateur 51 et les résistances 2, 53, l'inverseur 50 forme le généraceur d 1 impulsions itst able 34 et il pormiitet de régler la vitesse de base des impulsions eni agissant sur La résistance 52 Les impulsions de sortie émises par le générateur 34 sont mt Ielnes au condensateur 61 du géxverateur d' impulsions i:onostable 26, ainsi qu'au condersateur 81 du générateur dt Iespectivement 'des unit Lés 20 et 21 du patient,, les im- pulsions pouvant varier dans le même sens tanrit en lar- *eur qu'en amplitude en régglant les corunandes 62 et 82 respectivemient. Avec le condensateur 101 et la résistance 102, l'inverseur 100 forme un deuxième générateur d'impul- sions astabl ecn vue de régler l a vitesse de base du chlangemeon Lt do modulation pour J e stimulateur Le transistor 117 est branché dans le mode de modulation via la diode 110 dès que ce mode est sélectionné par le commutateur 122 Lorsque ce conmutateur est momen- tanément actionné, le transistor 117 est branché et se bloquo jusqu'à ce que lallimentation de courant cesse, tandis que la diode de polarisation 110 s'inverse, per-metant ainsi la charge au condensateur 101 L'in- Vc'Setuvl 100 exucu Le une colmmuta Lion périodique pour produire un deuxième train dlimpulsions qui sont ache- mninées, via la résistance 103 et la diode 104, à Ltin- verseur 60 et, via la résistance 105 et la diode 106, à l inverseur 80. L.orsque Ilimipulsion de sortie de ltinverseur est à un niveau élevé, la résistance 103 est, en fait, mise en parallèle avec la résistance 62 Grâce à La valeur de résistance réduite de la combinaison en paral lèle, le condensateur 61 se charge plus rapide- si bie N etll( Ill colnnluta Liolon de IL invl ves(ulÀ 60 St pl.od Iait p) lu S rapl)ienml(:t agin imeit v, l'dil eai St a lsi I t I.î, a(u, (l'Si impulsions mlises pail' cet inverseur 60. 1 \) Il'losque la puissance de sortie de l'inverseur 100 est a lin taible niveau, l a diode 104 reçoit une polarisa- t ison inver'se, puisqu'aussi bien soi anode est, à ce m Ioment, raccordée à la terre et que sa cathode reçoit a,t 'rsion d'alimentation via la résistance 62 De i: sorte, la largeur des impulsions de sortie de l'in- une valeur plus faible. Cette variation de la largeur des impulsions est amplifiée par le transistor 71 et le transforina- teur 72 Les paramètres du transformateur 72 sont calculés de telle sorte que, lorsque la largeur des impulsions de sortie varie entre une forte et une 'faible valeur, l'amplitude de ces impulsions varie également entre ule haute et une faible valeur, si bien que le stimulus appliqué au patient fluctue pé- riodiquemîent tant dans ltintensité que dans la largeur des impulsions. Un processus analogue à celui qui vient d'être décrit pour I' t inverseur 60, se produit également dans l inverseur 80 O pour influencer la sortie de llunité 21 du patient. Une deuxième séquence de processus se produit " pour t'aire vartier la vitesse des impulsions émises par le générateur 34 Lorsque la sortie de llinvelrseur passe à un niveau élevé, le signal est achemine à llinverseur 112 dont la sortie passe à un faible ni- veau Si le transistor 113 est branché, ce qui est 2 I(' cas lorsquie le transistor 117 est en circuit, et S i un faible signal est émis vers l'linverseur 111, les impulsions de sortie dle l'inverseur 112 peuvent a lors êtl' acheminées, via le transistor 113, au transilsistori 114 pour tet tl'r ce Ierzi ir IOI's cir CU i L w.t Lorsque 1 t inverseur 100 passe a un faib(le niveau, I Inw vrseur 112 a ullne entrée faible et une sortie élevée Le transistor 113 est mis en circuit pour transmettre le niveau élevé au transistor 114 et mettre ce dernier en circuit raccordant ainsi le :,:,ltlisateur 116 N parallèle au condensateur 51 du eer-ateur 34, tout en réduisant brusquement la vi- t.'s ( des impullsiolns mises par t inverseur 50. Icl ' qlit lon I la il igné ci-dlessus, Lorsque la sortie de I 'in- ) V''l' O l' 4 {)( -4) st e C l v,a l J Ig:ur d(les impulsions cst l. t vitesse de répétition des impulsions. Dans une forme de réalisation de l'invention, 1 ( l a tension de sortie peut être réglée entre O et 60 vo I t S, la largeu des impulsionlls, entre O et 400 mic ro- scco>ndes, la vitesse des impulsions, entre 1 et 100 impi Iulsions par seco(nde, la vitesse de modulation cst de 1 cycle par seconde et les changements survenant au cours de la modulation se situent entre O et 40 % pour 1 lampll itude, O et 60 % pour la largeur et 10 à 4 Diapres la escription ci-dessus, on comprend que I t invention fournit un stimulateur dans lequel la vitesse de répétition des impulsions varie entre dieux niveaux qui sont détermines par un réglage manuel (etfectué par le patient, cette variation s'accompagnlant dl chang'elments dans la I argeur et l'amplitude des im- pulsions, ces changements étant déterminés par le patient de telle sorte qutun accroissement de l'énergie moyenne des impulsions dû à un accroissement de la v i t esse (de r p('t ition soit contrecarré par une réduc- t i: -;i tiltane; (l d t l Ia l du(:t ion (de la Il largeur et ( 1 t I uampilitude d Is impu I sous individuel les. 9 t De nomb Illrtux avantages et caractéristiques lde II ilv 4 mu i)tl o)n Lo t:b: Sjt ig 111 S dan S la description ci-dessus conjoint(mi L(:uit avec des détails et la struc- t.u( de la mise en oeuvre d 1 ' invention, les caracté- l.ist iques d'originalité de celle-Ci étant soulignées dans les revendications ci-après Toutefois, cette dtu(e,t ip Li on (est dornnée uniquement à titre dlillustration e' des modifications peuvent être apportées dans les drtails, en particulier, dans la forme, les dimensions et la disposition des éléments en respectant le prin- cipe de l'invention qui est défini pleinement par la large signlification générale des termes dans lesquels sont rédigées les revendications ci-après. REVENDICA Ti ONS 1, Stimulate ur médical, (ara'ctérise en Ce quttil :omîip't;lnd, en combin fai S Ol: un élément ( 34) émettant ui premier train d'im- putlsions electriques à une vitesse pouvant être reglée manuel I erent; un élément ( 26 ou 27) pouvant être réglé en vue de faire varier la largeur des impulsions de ce train dans un intervalle prédéterminé, tout en réglant fen même temps l'amplitude des impulsions; un élément ( 21 ou 23) appliquant ces impulsions à un patient et comportant un élément destiné à faire varier l'amplitude des impulsions appliquées lorsque la largeur de celles-ci varie; et un élément de modulation ( 40) en vue de provo- quer un acct'oiss'ement et une réduction cycliques dans les limites de ce premier intervalle, tout en assurant s imultanément une ré( duction et mi accroissement de cette vitesse de répétition, le pourcentage de modula- tion,tant tributaire des commandes dont dispose le pat t ricnt. 2 Stimulateur médical, caractérisé en ce qu'il d' impulsions électriques et pouvant être réglé manuel- leu;ent dans une gaaune de vitesses donnée; un élément ( 26 ou 27) pouvant être réglé pour l'airet' varii' ta I argeur des i mpulsious de ce train (da,' un premiî'r intervalle prédéterminé; 3 {l un éI Ib 6 ment, ( 20 ou 21) en vue dt appli quer ces inpttl Isiu s; t unll pa Lien t et comportant un élément des- L i 1 né faà ': var-iei lamplitude des impulsions appli- (ittées tovsq cje chidmie nuts cycliques dans les limites de ce pre- m."ie ntr vlle; et uni éé nc-nt de niodulation i 52) provoquant des u:h Ixlngteincts cycliques dans la vitesse de trépétition- tnltl'e uline pl-et iere et unle deuxieime valeur. 3 Stimulateur médical, caractérisé en ce quiil comprend, en combinaison: un premier générateur dlimpulsions astable ( 34) émettant un premier train dlimpulsions à une vi- tesse de répétition déterminée par une caractéristique de ce générateur; un générateur dtimpulsions monostable ( 26) raccordé pour recevoir les impulsions de ce premier I(.laill et, mt'ettre unl deuxième train d'impulsions ayant I a mênt' L'rlréquin:litce que celle du premier, ce générateur tcomportant un élément pouvant fonctionner pour faire varier la largeur des impulsions dans un intervalle predéterminé; un -élément ( 20) destiné à acheminer les impul- sionms dle ce deuxième train à un patient et comportant un éléiment destiné à faire varier l'amplitude des iri- I puisions ainsi achlminées *orsque la largeur de celles- c i vr'le; un deuxième g-énérateur d' impulsions astable ( 100-102) pouvant fonctionner pour émettre un troisième train d'impulsions; et ) un dlément ( 111-115) raccordé à ce deuxième cî-raltetir afin i(le moduler lles impulsions acheminées au petint L nl auttgmentant simultanémient la vitesse de rôpôti it i(n dit premierl' train d impulsions et cn rédui- .-a;t il, Iil'trt-ll' d'es imp Ut Lsions du deuxiime ttirall. 4 Slt i mlu I tl'u Stli vtll It l'a evetllica tiion 3, ta ml';tó:t ris 5 t:( 11 t qu li I eomîprend un lémient ( 131) en vue d'observer visuellement la présence du deuxième l ralin dl impulsions. Procédé en vue de stimuler électriquement lun patient, calral-t:risé en ce qulil consiste à appli- qulr, aut patient, un train d':i mpulsions électriquts et unoldiifier, de manière cyclique, la vitesse de répé- t it iiî>îî ule V 'tir 111 (li U Ut' Mit mîid i tia t S iliuit U i nt'iiit al vi otti,pe li euî'v'. 6 * Pi'oc Udte t An V Ue du Veu e i 'éî "I It',gi u muy O Ualite cd'un tra in d' impulsions dle la:rg-,eur vax' able, caractérisé en ce qu'il consiste à contrecaî'i er I 'accroissement, a 4.ep(t i t i on dit S imipu Is ionls paxr une veduet ion corîespon- 1 <> tante dtue à une réduction de la largeur' des impulsions Lid-ividue liets. 7 Procédé en vue d'lélever le niveau d'imîpul- sions électriques de stimulus que peut tolérer un i lIlt>(:atrix;teri se eni ce qu'ill te Cles impulsions. 8 * Procédé sui vanit la revendication 7, carac- teérisée N ce, que la période (lui cycle est d'environ i 9 Procédé suivietit lit revendlication 7, carac- tt 1 's( e ce que le changuaement (le la vitesse - sionsse situe entre O et u'nvîî'-lî 40 %, tandis que le tl;îuieîtde la l ar'geur des impulsions se situe enitre Ile gi V i 1 î'uaa 60 % 1 t o Stn' ct' q 4 u Ce l) I oises S itue ciil'e c t t'îîvil'on 40 %, tand(is que le t la 1 i 4 îî (lde la Larxgeuî' dus impulsions se situe vlt'îîe.