Brevet FR2515446A1 — publié le 19830429

La présente invention se rapporte à des sources d'énergie utilisables notamment dans les défibrillateurs' cardiaques et autres dispositifs portatifs d'urgence qui doivent délivrer une impulsion électrique brève et de for'te intensité. Les défibrillateurs classiques sont chers et assez lourds Leur prix et leur poids sont dus surtout aux dispositifs de production d'énergie utilisés actuellement. Dans ces défibrillateurs habituels, l'énergie électrique, fournie par une batterie de piles ou d'accumulateurs ou par un redresseur alimenté par le secteur, est utilisée pour charger un gros condensateur Lorsque le défibrillateur est en service, la charge accumulée est injectée dans le patient par l'intermédiaire d'un relais de commutation Les composants d'alimentation en énergie, notamment le conden- sateur et le relais, sont relativement volumineux, lourds et coûteux Les défibrillateurs sur secteur présentent l'in- convénient de n'être transportables qu'à une distance limi- tée Avec les défibrillateurs à batterie, il faut des char- geurs ou bien remplacer fréquemment les piles coûteuses, parce que la puissance utile de ces piles ou batteries di- minue, même quand le défibrillateur n'est pas en service. Les défibrillateurs usuels, même les portatifs, n'ont donc qu'une disponibilité limitée, et ils sont en particulier trop coûteux pour être largement utilisés. Une source d'énergie selon l'invention, destinée à délivrer des impulsions électriques brèves et de forte intensité, comprend un dispositif générateur d'explosions et un convertisseur électromécanique exposé aux effets de ce dispositif et destiné à produire un courant électrique lorsqu'il est soumis à une contrainte par l'explosion pro- duite par ce dispositif. Le convertisseur électromécanique est avantageu- sement un transducteur piézoélectrique, en particulier une matière céramique telle qu'un titanate de baryum ou un zirconate de plomb Cette matière doit en général avoir une grande capacité et créer une tension élevée lorsqu'elle subit une contrainte. Dans le cas d'un défibrillateur, le transducteur piézoélectrique ou autre convertisseur électromécanique peut pratiquement êtres;relié directement à la bobine d'in- duction par l'intermédiaire de laquelle l'énergie électrique est appliquée au patient Le gros condensateur accumulateur et le relais à grande puissance utile utilisés dans les dé- fibrillateurs connus, sont supprimés, ainsi que la source d'énergie électrique usuelle, ce qui diminue fortement le prix, le poids et l'encombrement du défibrillateur. Au lieu de ces composants, le défibrillateur con- tiendra un corps piézoélectrique à électrodes, une petite chambre d'explosion adjacente à ce corps et un mécanisme déclencheur destiné à enflammer une charge explosive disposée dans cette chambre La chambre et le support du transducteur piézoélectrique doivent, bien entendu, être assez robustes pour résister à la pression créée par l'explosion, mais, en utilisant des matières piézoélectriques modernes et une charge explosive relativement petite, il est possible d'obte- nir un courant convenant pour la défibrillation Cette charge explosive peut-commodément être une capsule ou une cartouche à blanctelle que celles qui sont utilisées dans les pisto- lets de rivetage ou de clouage ou dans les pistolets destinés à donner le départ d'une course. Pour la défibrillation, il faut en général une décharge électrique d'environ 400 joules Il est possible 2.5 de l'obtenir avec un transducteur piézoélectrique céramique au titanate de baryum ou au zirconàte de plomb - Un défibrillateur selon la présente invention peut être fabriqué en série à une fraction du prix d'un dé- fibrillateur usuel alimenté par une batterie ou par le sec- teur Il peut être parfaitement portatif et peut servir d'appareil de secours dans des cas ou on n'aura besoin de lui que de loin en loin Pour une telle utilisation, il est plus simple, plus sûr et meilleur marché qu'un défibrilla- lb teur à batterie, parce qu'il n'est pas nécessaire de vérifier l'état des accumulateurs ou de remplacer les piles coûteuses à intervalles rapprochés pour en assurer la fiabilité Les capsules explosives et-les cartouches se détériorent à la longue, mais elles sont très bon marché et faciles à rempla- cer, et l'on peut s'attendre à ce qu'elles restent efficaces plus longtemps que la -plupart des piles Bien que les bat- teries d'accumulateurs puissent être fiables à long terme, il faut constamment les recharger et elles ne présentent qu'une possibilité limitée d'utilisation répétée, tandis que le défibrillateur selon l'invention peut être utilisé aussi souvent et aussi vite qu'il est possible d'insérer les capsules explosives. Il peut être avantageux d'accoupler le transduc- teur piézoélectrique à un oscillateur mécanique, tel qu'une lame élastique ou une turbine, afin de diminuer la valeur maximale des contraintes et d'allonger la durée des impul- sions électriques produites Le transducteur peut être monté sur une lame métallique élastique ou bien, en variante, la pression créée par l'explosion peut lui être appliquée par l'intermédiaire d'une lame élastique ou d'une turbine action- née par les gaz dégagés par cette explosion et montée de façon à frapper le transducteur en tournant Dans ce cas, il faudra en général redresser les deux alternances du courant électrique produit par le transducteur. L'invention sera décrite plus en détail en re- gard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limita- tifs, sur lesquels: la figure 1 est un schéma du circuit électrique d'un défibrillateur selon l'invention; les figures 2 et 3 sont respectivement des élé- vations schématiques latérale et de face d'une source d'énergie selon l'invention la figure 4 est une coupe longitudinale schémati- que d'une autre source d'énergie selon l'invention; et les figures 5 à 8 représentent schématiquement d'autres sources d'énergie selon l'invention. Le défibrillateur représenté sur la figure 1 com- porte une source d'énergie ou générateur 1 selon l'inven- tion, par exemple du genre décrit plus en détail ci-après. Dans un cas simple, ce générateur comprend un ensemble en matière céramique piézoélectrique communiquant avec l'inté- rieur d'une chambre d'explosion conformée de manière à loger une capsule explosive et coopérant avec un mécanisme de déclenchement de tout type approprié, destiné à enflammer cette capsule de façôn à appliquer'une contrainte sur la matière piézoélectrique Comme on le sait, une contrainte exercée sur une matière piézoélectrique lui fait -engendrer une tension électrique, qui est appliquée à un circuit de décharge composé d'un redresseur 3, d'une bobine d'induction 4 et d'un cond Lensateur 5, auquel sont reliées des électrodes usuelles 6, destinées à être appliquées sur le corps d'un patient 7 Une résistance 9 est branchée en parallèle avec ces électrodes Pour régler la durée des im- pulsions appliquées au patient, un relais 8 est monté de fa- çon à faire passer la décharge, du patient à cette résistance 9 après une durée prédéterminée de production des impulsions. En service, l'utilisateur applique simplement les électrodes sur le patient, insère la capsule explosive, et actionne le déclencheur, La grande simplicité de réalisation et d'utili- sation est évidente. Le défibrillateur peut comporter un magasin à capsules et un mécanisme d'éjection de ces capsules, de manière à faciliter l'utilisation répétitive Le nombre de décharges qu'il est possible d'obtenir n'est limité que par le nombre de capsules disponibles La configuration de la chambre d'explosion, du déclencheur, des magasins et des éjecteurs est bien connue, et ne sera donc pas décrite ici de manière plus détaillée. Une isolation phonique peut être prévue pour étouf- fer le bruit de l'explosion. En fonction de la quantité d'énergie nécessaire, le générateur peut contenir plus d'un élément piézoélectri- que, et peut enflammer plus d'une capsule à la fois. La configuration du défibrillateur peut en géné- ral correspondre à celle des défibrillateurs portatifs connus, et l'appareil peut comprendre par exemple un coffret ou une mallette contenant le générateur, la plus grande partie-ou la totalité du circuit électrique, le déclencheur et une électrode, ainsi qu'une seconde électrode séparée, mais connectée électriquement au circuit de ce coffret Il est possible et très aisé d'utiliser un défibrillateur de ce genre en prenant le coffret ou la mallette dans une main et l'électrode séparée dans l'autre main, en appliquant ce coffret et son électrode, ainsi que l'autre électrode, sur le patient et en actionnant le déclencheur monté sur ledit coffret En variante, les deux électrodes peuvent être mon- tées sur le coffret Un autre agencement possible comprend un coffret d'alimentation contenant le générateur et le circuit, et deux électrodes séparées, connectées à ce coffret. Il peut être avantageux d'appliquer l'énergie au(x) transducteur(s) piézoélectrique(s) au moyen d'un élément mécanique intermédiaire, de façon à appliquer cycliquement une contrainte à ce(s) transducteur(s), de sorte que le signal émis soit un train d'impulsions ou une tension al- ternative au lieu d'être une impulsion unique. Les figures 2 et 3 représentent schématiquement un mécanisme de ce genre Une enveloppe métallique délimite la-chambre d'explosion 2 yà uneextrémité étroite de laquelle est disposée une capsule explosive ou autre charge 10 engen- drant un effet thermique, un mécanisme approprié de mise à feu de cette charge étant disposé à cette extrémité La chambre contient le rotor 11 d'une turbine, qui peut tour- ner librement et qui est disposé de façon que les gaz dé- gagés par l'inflammation de la charge engendrant un effet thermique et, passant dans ce rotor, le fassent tourner rapidement La périphérie du rotor forme une jante cannelée 12, qui vient en contact avec des talons axiaux 13 de percussion de cristaux piézoélectriques 14 montés radiale- ment par groupes en série. En service, lorsque lé rotor tourne, il applique cycliquement une contrainte de percussion sur les cristaux piézoélectriques, de sorte que ceux-ci produisent des trains d'impulsions électriques, dont les deux alternances sont redressées pour charger le circuit du défibrillateur. L'avantage d'un agencement de ce genre réside dans le fait qu'il diminue la valeur maximale des contrain- tes appliquées aux transoucteurs piézoélet Oriques et aug- mente la durée des sautes d'énergie produites. La figure 4 représente une variante dans la- quelle la chambre d'explosion 2 est rectiligne et la charge engendrant un effet thermique chasse un plongeur creux , à surface cannelée> qui agit sur des cristaux piézo- électriques 14 disposés radialement, connectés par groupes en série et présentant des cônes axiaux 13 de percussion. A l'extrémité opposée de l'enveloppe métallique 21 conte- nant la chambre d'explosxi'n est disposé un amortisseur et/ou un dispositif de renvoi 16, destiné à renvoyer le plongeur à son point de départ. Au lieu d'agir sur des transducteurs piézo- électriques, les gaz qui se dégagent de la charge thermique peuvent entraîner un générateur électromagnétique Ces gaz peuvent par exemple entraîner une petite turbine portant des aimants qui sont entraînés dans ou devant des enroule- ments du générateur, de façon à créer une saute ou impul- sion de courant électrique. Les figures 5 et -6 représentent un générateur électromagnétique analogue au générateur piézoélectrique représenté sur la figure 4 Le plongeur 15 est remplacé par un ou plusieurs aimants permanents 17, et les éléments piézoélectriques sont remplacés par des armatures 18 en fer doux, montées radialèment et portant des enroulements connectés par groupes en série-et/ou en parallèle. En variante, dans un générateur électromagnéti- que analogue à celui qui est représenté sur les figures 2 et 3, un rotor composé d'un aimant permanent, entraîné par la charge à effet thermique, tourne dans un ou plusieurs enroulements-qui créent le courant électrique délivré. Les figures 7 et 8 représentent un autre agence- ment dans lequel une chambre d'explosion annulaire 2 con- tient un groupe rotatif 19 d'aimant(s) permanent(s) fixé à un rotor ou à un chariot de façon à être chassé par l'effet thermique de la charge 10 et à tourner dans cette chambre. Une ou plusieurs armatures 20 en fer doux, montées radialement et adjacentes à ladite chambre portent des enroulements reliés par groupes en série ou en parallèle et comportent des masses polaires devant lesquelles ce ou ces aimants passe(nt) de façon à créer un courant dans ces enroulements. Le rotor peut comporter un ou plusieurs groupes d'aimant(s) permanent(s) La chambre d'explosion est délimitée par une enveloppe métallique circulaire ou en spirale, comportant un dispositif amortisseur et de renvoi du ou des aimants permanents Les pôles 'des aimants peuvent être disposés radialement comme sur la figure 7 ou circonférentiellement comme sur la figure 8. La mention faite dans la description de charges IG explosives et de charges à effets thermiques inclut les charges propulsives et de façon générale les dispositifs de tous genres qui convertissent rapidement une énergie chimique emmagasinée en énergie thermique ou mécanique. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter diverses modifications aux sources d'énergie électrique décrites et représentées. REVENDICATIONS 1 Source,'d'énergie électrique destinée à délivrer des impulsions brèves et de forte intensité, caractérisée en ce qu'elle comprend une charge ou un dis- positif ( 10) générateur d'explosion(s) et un convertisseur électromécanique ( 11, 12) exposé à l'action de ce dispositif et destiné à produire un courant électrique à partir de l'énergie libérée par l'eplosion de ladite charge ou due à ce dispositif. 2 Source d'énergie électrique selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le convertisseur est un transducteur piézoélectrique ( 11, 12, 14). 3 Source d'énergie électrique selon la revendi- cation Z, caractérisée en ce que-le transducteur piézo- électrique est accouplé à un oscillateur mécanique. 4 Source d'énergie électrique selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le convertisseur électro- mécanique comprend un corps mobile ( 11; 15), monté de façon à être entrainé par les gaz de l'explosion et un transduc- teur piézoélectrique ( 13, 14) disposé de façon à être frappé par ce corps. Source d'énergie électrique selon la reven- dication 1, caractérisée en ce que le convertisseur est un générateur électromagnétique comprenant un élément magné- tique mobile ( 17, 19) disposé de façon à être entraîné par l'explosion de la charge ( 10); ou due au dispositif générateur ( 10)let au moins unenroulement qui coopère avec cet élément mobile de façon à produire un courant électri- que. 6 Défibrillateur cardiaque comprenant des électrodes ( 6) destinées à être appliquées sur le corps d'un patient ( 7) et une bobine d'induction ( 4), caractérisé en ce qu'il comporte une source d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, connectée de façon à appliquer l'énergie électrique'qu'elle produit aux électrodes ( 6) par l'intermédiaire de cette bobine d'induction ( 4).