Brevet FR2517975A1 — publié le 19830617

PROCHE ET DISPOSITIF DE STIMULATION CARDIAQUE EXTERNE La présente invention concerne la stimulation cardiaque externe. La stimulation électrique externe est une technique bien établie, non traumatisante puisqu'elle ne nécessite pas de pénétra- tion dans l'organisme, qui provoque des battements de coeur effectif s pour la réanimation d'urgence de patients se trouvant dans un état d'arret de l'activité ventriculaire. Mais, la douleur produite par la stimulation électrique externe de patients conscients a empêché son utilisation généralisée pour la stimulation cardiaque temporaire. la technique qui est la plus largement utilisée a'à l'heure actuelle pour la stimulation cardiaque temporaire fait intervenir la procédure de mise en place d'un cathéter cardiaque, avec introduction dans l'organisme on place dans le coeur un fil métallique constituant une électrode temporaire. L'inventeur a constaté que la douleur intense qui résulte de la stimulation de nerfs sensoriels locaux pendant la stimulation cardiaque électrique externe peut être éliminée dans une large mesure par l'utilisation d'électrodes ayant des éléments de contact avec la peau non metalliques et de grande surface, ayant des impédances relativement élevées. Il a également constaté que l'inconfort, résultant de fortes contractions des muscles attaches au squelette près des électrodes, peut être réduit en utilisant un générateur d' impulsions électriques qui produit un courant de sortie sensiblement constant et élimine ainsi les pointes de courant élevé qui entra ment des contractions des muscles attachés au squelette, et ce sans affecter la stimulation cardiaque.Il a également trouvé qu'on peut réduire le courant neces- saire pour la stimulation cardiaque d'environ 30 à 50 X, sans augmenter la contraction de ces muscles du squelette, en augmentant la durée des impulsions de stimulus de 2 ms à 5 à 40 ms.Par conséquent, l'in vention se caractérise notamment en ce qu'on produit une stimulation cardiaque électrique externe avec des électrodes comportant des éléments de contact avec la peau, non métalliques, de grande surface et à impédance élevée, et avec un générateur d'impulsions qui applique aux électrodes une impulsion de courant constant d'une durée supérieure à 5 ms (de préférence 20 à 40 ms). Dans des modes de réalisation avantageux,une inductance est placée pres des électrodes pour éliminer les pointes de courant transitoires il existe des moyens destinés à permettre de faire varier la durée de l'impulsion ;; un potentiomètre est placé près des connexions des électrodes pour faire varier l' l'amplitude de ltimpulsion ; les diamètres des éléments venant en contact avec la peau sont compris entre 6 et 10 cm pour l'électrode antérieure et entre 8 et 15 cm pour l'électrode postérieure s les impédances sont supérieures à 1000 ohms s les eleetredes sont constituées par un disque en métal mince fixé d'un côté t" l'élément non métallique venant en contact avec la peau, et connecté de l'autre cote à un conducteur;; l'élément venant en contact avec la peau est une feuille d'éponge à base de cellulose d'une épaisseur approximative de 6,4 mm ; le disque est réalisé en acier inoxydable 9 et le disque est couvert d'une matière isolante en caoutchouc aux silicones du coté duquel est établie la connexion électrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre dtun mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfere aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une représentation schématique en perspective, partiellement arrachée, d'une électrode corres- pondant à l'invention ; La figure 2 est un schéma synoptique montrant les électrodes connectées à un générateur d'impulsions qui est lui-même connecté à un moniteur cardiaque et n des circuits de commande de rythme 9 La figure 3 est un schéma des circuits du générateur d'impulsions. La figure I représente une électrode antérieure 10 de 8 cm de diamètre constituée par de l'éponge de cellulose 12 de 6,4 mm d'épaisseur fixée sur une face d'un disque en acier inoxydable mince 14 qui est connecté électriquement à un fil isolé 16 et dont l'autre surface est couverte par une couche isolante en caoutchouc au silicone 18. La couche isolante couvre également les bords du disque 14. L'électrode postérieure 20 (non représentée sur la figure 1) est identique à l'électrode 10, à l'exception du fait qu'elle a 12 cm de diamètre. En se reportant à la figure 2, on voit les électrodes fixées sur le torse d'un patient et connectées électriquement à un générateur d'impulsions 22. Le signal d'entrée du générateur d'impulsions 22 est un signal de déclenchement (environ 10 V) qui est fourni par des circuits de commande de rythme 24, qui sont d'un type bien connu. Dans un mode synchrone, les signaux QRS des battements du coeur, provenant dunmoniteur cardiaque classique 26,commandent le signal de déclenchement ; dans un mode asynchrone, les signaux de déclenchement sont fournis à un rythme uniforme réglable ; un interrupteur (non représenté) permet également à itopérateur de déclencher les signaux manuellement ; et enfin, il existe des moyens destinés à générer un ou plusieurs signaux selon n'importe quelle configuration temporelle complexe désirée.Une commande réglable de limite de rythme dans le mode synchrone évite une stimulation rapide par des signaux de synchronisation ORS à,- rythme élevé, et elle permet également de ne produire des stimuli qu'après deux ou trois, ou plus, signaux de synchronisation ORS. Le générateur d'impulsions 22, quton envisagera en détail ci-dessous, comprend de façon générale un amplificateur de déclenchement 28, un multivibrateur monostable de définition de largeur d'impulsion, 30, un oscillateur 32, un amplificateur 34, un transformateur d'isolement 36, et un circuit de sortie 38 qui comprend un redresseur, un atténuateur et un filtre. La figure 3 montre les circuits du générateur d'impulsions 22. La moitié inférieure de la figure montre des éléments logiques CMOS qui sont utilisés pour commander les étages de sortie, et la moitié supérieure de la figure montre les étages de sortie, comprenant l'amplificateur 34, le transformateur 36 et le circuit de sortie 38, ainsi que leur source de tension régulée. Les éléments logiques CMOS sont alimentés par une batterie de 9 V, 40, et les étages de sortie sont alimentés par six batteries de 6 V, du type utilisé pour l'éclairage, qui sont désignées de façon générale par la référence 41 et sont connectées en série pour donner 36 V. Le générateur d'impulsions 22 comporte des commandes marche/arreAt 42 (a) et 42 (b), accouplées mécaniquement, qui concernent respectivement les éléments logiques CMOS et les étages de sortie. En considérant la partie inférieure de la figure 31 on voit que le-signal de déc#lenchement entre au point 44. Des diodes 46 protègent l'entrée de déclenchement. On utilise l'amplificateur de déclenchement 28 pour obtenir une transition nette pour le signal de déclenchement, et cet amplificateur est constitué par des inverseurs i1, i2 qui sont connectés dans une boucle de réaction positive, Un multivibrateur monostable de définition de largeur d'impulsion, 30, est constitué par une porte NON-OU G1, un inverseur I3, une résistance 48 et un condensateur. Son signal de sortie consiste en une impulsion uniforme de largeur déterminée.Avec la résistance et le condensateur particulier qui sont représentés sur la figure 3, on obtient une impulsion de 40 mus. Pour protéger le patient contre des-courants de fuite et des défauts des composants, le signal de sortie dirigé vers le patient est transmis par couplage par transformateur. Pour titre transmise par le transformateur 36, l'impulsion de 40 ms est tout d'abord convertie par l'oscillateur 32 en un signal carré a 2 kHz, puis ce signal est redressé et filtré-après avoir été transmis par le transformateur. La sortie du multivibrateur 30 est connectée à loscillateur 32 par l'inverseur 14. L'oscillateur 32 est constitué par des portes G2, G3 et par un inverseur I5 et il comporte deux points de sortie, 50, 52, avec des signaux de sortie déphasés de 1800~l'un par rapport à ltautreO Le point 52 est connecté à l'inverseur 15 et le point 50 est connecté à l'oscillateur 32 par la porte G4. En considérant la partie supérieure de la figure 3, on voit qu'une alimentation régulée à 24 V est branchée entre des points 54 et 56 et est constituée par les batteries 41, un condensateur 58, un régulateur de tension 60 et un trån- sistor T1. L'amplificateur 34 applique une amplification identique aux signaux en opposition de phase présents aux points 50, 52, au moyen des transistors T2, T3, T4 et T . Cs signaux amplifiés sont appliqués, en compagnie de la tension d'alimentation régulée de 24 V, aux enroulements primaires d'un transformateur isolateur et élévateur dans le rapport io/i, 36. Les enroulements secondaires du transformateur 36 sont connectés à un redresseur 59 qui est connecté aux électrodes 10, 20 par l'intermédiaire d'un poten tiomètre 62 (5k Q , 5W)et d'un filtre 64, constitué par un condensateur et une inductance 66 (un enroulement de transformateur avec un noyau de fer et une inductance de 0,33 H). Le filtre 64 produit une impulsion de courant à variation progressive ayant une amplitude suffisamment uniforme, et l'inductance de ce filtre élimine les pointes de courant transitoire initial qui résultent de la capacité des électrodes 10, 20. Le tableau suivant indique les composants qui sont utilisés dans le circuit représenté sur la figure 3. Tableau des composants I1, 12g 14, I5 4069 , G2, G3, G4 4001 T1, T3, T5 2N 1724 Régulateur 60 LM 340 T2, T4 2N 2108 Diodes 46 Texas Instruments 59 D1, D2 1N 4000 Redresseur 59 Motorola R0804 On va maintenant décrire l'utilisation du dispositif. On humecte tout d'abord l'éponge 12 (et l'éponge correspondante sur l'électrode 20) avec de l'eau du robinet. Selon une variante, on peut utiliser sur les éponges un électrolyte faible tel que du bicarbonate de sodium, ou un gel. L'humidité ou le gel assure un bon contact électrique avec la peau du patient sur une zone étendue, sans trop diminuer la résistance de l'électrode. On positionne les électrodes 10, 20 sur la poitrine du patient (près du coeur, dans le quatrième ou le cinquième espace intercostal gauche) et dans le dos (en position sous-scapulaire, c'est-à-dire sous l?omoplate), respecti±ement, pour réduire la stimulation des muscles. Dans le cas de la réanimation d'urgence à partir d'un état d'arrêt ventriculaire ou de bradycardie, les cir cuits de commande de rythme 24 fonctionnent en mode asynchrone, et des stimuli sont appliqués à un rythme uniforme reglable de 30 à 200 par minute.Lorsqu'on ut se 1e mode synchrone des circuits 24 (par exemple pendant des tests physiologiques), le stimulus est produit avec un retard réglable uniforme a la suite du signal de synchronisation QRS provenant du moniteur cardiaque 26o Indépendamment du mode dans lequel se trowqent les circuits de commande de rythme 242 le générateur d'impul- sions 22 fournit la merle impulsion uniforme pour chaque signal de déclenchement appliqué à l'entrée. Le potentiomètre 62 fait fonction de commande d'amplitude réglable et permet l'adaptation aux divers seuils des patients individuels. L'impulsion de sortie maximale appliquée au patient est de 140 miL dans 2000 ohms, avec une impédance de source de 500 ohms. On utilise une largeur d'impulsion supérieure à 20 ms pour réduire le courant nécessaire à la stimulation cardiaque à des niveaux réduisant l'inconfort pour le patient. Dans d'autres modes de réalisation, on peut remplacer la résistance 48 par un potentiomètre pour faire varier la largeur d'impulsion, par exemple entre 2 et 40 ms. On peut utiliser d'autres éléments non métalliques, comme de la gaze, à la place de l'éponge 12. De plus, bien que les diamètres d'électrode de 8 cm et 12 cm soient optimaux pour un adulte moyen, on peut les faire varier respectivement entre 6 et 10 cm et entre 8 et 15 cm, pour s'adapter à différentes tailles de patients et à diverses sensibilités relatives à la stimulation nerveuse et à la contraction musculaire. Une augmentation du diamètre de l'électrode réduit la stimulation nerveuse mais augmente le volume de muscle susceptible entre contracté, et inversement. Enfin, au lieu d'utiliser des électrodes séparées pour le moniteur cardiaque 26, on peut obtenir directement un signal de battements cardiaques à partir des électrodes de stimulation 10, 20. Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. RFVEN-DICAT-IONS 1. Dispositif de stimulation cardiaque électrique externe,-sans pénétration dans l'organisme, caractérisé en ce qu'il comprend : une paire d'électrodes (10, 20) comportant des éléments (12) venant en contact avec la peau, non métalliques et à impédance élevée ; et un générateur d'impulsions (22) connecté électriquement à ces électrodes, ce générateur fourxessant des impulsions de courant constant, sans pointes de courant sur toute la durée d'impulsions dune durée supérieure à 5 ms, ce générateur étant associé à des moyens de déclenchement (24). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une inductance (66) ayant pour but d'éliminer les pointes de courant transitoire résultant de charges présentes sur les électrodes. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (48, 62) destinés à faire varier la durée et/ou l'amplitude des impulsions. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,. caractérisé en ce que la durée des impulsions est comprise entre 20 et 40 ms. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes (10 20) sont circulaires et l'une des électrodesa un diamètre compris entre 6 et 10 cm, tandis que l'autre électrode a un diamètre compris entre 8 et 15 cm, 6o Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite impédance est supérieure à 1000 ohms. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'électrode comprend en outre un disque de métal (14) collé à la surface dudit élément (12) qui n'est pas en contact avec la peau ; les surfaces à nu et les bords de ce disque de métal sont recouverts d'une matière isolante (18) ; et ce disque de métal est connecté à un fil électrique (16). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le disqué de métal (14) est en acier inoxydable. 9. Dispositif -selon l'une quelconque des revendica tions 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit élément (12) est constitué par de l'éponge de cellulose ou de la gaze. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que la matière isolante est du caoutchouc aux silicones. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de déclenchement (24) produisent des signaux de déclenchement pour le générateur d'impulsions (22) sous l'effet du signal électrique de sortie d'un moniteur cardiaque (26), et ces signaux de déclenchement sont synchronisés de façon à apparai#tre avec une relation de phase désirée par rapport aux battements du coeur. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les électrodes (10, 20) appliquent des signaux d'entrée au moniteur cardiaque (26).