Brevet FR2537727A1 — publié le 19840615

La présente invention se rapporte à un appareil médical implanté alimenté en énergie par une batterie et elle a trait plus particulièrement à un circuit d'essai automatique servant à vérifier périodiquement et automatiquement l'état de la batterie d'un tel appareil On se référera à ce sujet à la demande de brevet français no 83 06 459 déposée le 20 avril 1983 au nom du demandeur qui se rapporte à un domaine connexe. La demande de brevet précitée illustre un exemple d'un type d'appareil médical dans lequel la présente invention peut être utilisée Du fait qu'un grand nombre d'appareils implantables, s'ils doivent remplir des fonctions de diagnos- tic et de surveillance électriques, sont alimentés en éner- gie par une batterie, la batterie et/ou l'appareil doivent être remplacés chirurgicalement après écoulement d'une cer- taine période de temps, ce qui nécessite que le patient se soumette à une intervention chirurgicale Si l'appareil mé- dical implanté remplit une fonction salvatrice ou fonction de survie critique, il serait à l'évidence de la plus haute importance d'assurer un fonctionnement sûr après défaillance non seulement des composants du circuit qui effectuent les fonctions de surveillance et de diagnostic mais également de la batterie d'accumulateurs. Suivant la pratique médicale actuelle, les appareils actionnés par une batterie sont remplacés après écoulement d'une période de temps prédéterminée ou après exécution d'un certain nombre d'événements de traitement par l'appareil implanté Dans un défibrillateur sentinelle implantable du type décrit dans la demande de brevet précitée, la batterie devrait être remplacée approximativement tous les trois ans ou trois ans et demi ou,dans le cas de l'émission fréquente d'impulsions de défibrillation à haute énergie,après émis- sion d'environ 90 à 100 impulsions de défibrillation Il arrive parfois, cependant, que de bonnes batteries soient inutilement remplacées du fait que leur durée de vie prévue, et non leur durée de vie réelle, s'est écoulée et ceci cons- titue, à l'évidence, un inconvénient pour le patient Un tel remplacement inutile peut être de à des circonstances de fonctionnement favorables de l'appareil médical implanté ou du fait que la batterie est extrêmement durable et dé- passe ses spécifications nominales de fabrication D'autre part, une batterie peut tomber en panne prématurément du fait qu'elle n'est pas conforme à ses spécifications nomi- nales bien qu'elle ait été essayée à cette fin avant d'être mise en vente par le fabricant D'autres circonstances peuvent également avoir des effets sur la durée de vie de la batterie. Ainsi, pour éviter au maximum des interventions chirur- gicales inutiles et/ou pour prévenir une panne prématurée de la batterie, l'un des principaux buts de la présente in- vention est de réaliser un circuit d'avertissement de l'état d'une batterie conçu pour être utilisé dans un appareil mé- dical implanté qui avertit le patient del'imminence d'une panne de la batterie de façon qu'il puisse prendre des me- sures correctives. Un autre but de la présente invention est de réaliser un circuit d'avertissement de l'état d'une batterie qui fonctionne pour vérifier la batterie à la fois pendant le fonctionnement de l'appareil médical implanté et à des pé- riodes fixes au cours de cycles de contrôle automatiques du circuit d'avertissement. Un-autre but de la présente invention est de réaliser un circuit d'avertissement de l'état d'une batterie qui per- met de remplacer la batterie en fonction des besoins et non à des périodes fixes,ce qui réduit au minimum les remplace- ments chirurgicaux inutiles et réduit la probabilité d'une panne prématurée de la batterie. Conformément à la présente invention, les buts ci- dessus,ainsi que d'autres, sont atteints au moyen d'un cir- cuit d'avertissement de l'état d'une batterie conçu pour être utilisé dans un appareil implanté alimenté en énergie par une batterie ayant un circuit de traitement, tel qu'un défibrillateur, actionné par un signal de déclenchement d'é- vènement pour exécuter une fonction de traitement, circuit d'avertissement qui comprend-un minuteur réenclenchable qui 25377 Y 27 est remis à zéro en réponse à chaque émission du signal de déclenchement d'évènement pour recommencer son cycle de comptage de temps ou qui engendre, après des périodes de temps prédéterminées, un signal de déclenchement d'essai automatique pour actionner automatiquement le circuit de traitement; un circuit de commande qui fonctionne en ré- ponse au signal d'essai automatique pour commander le cir- cuit de traitement de façon qu'il exécute sa fonction inté- rieurement et non sur le patient; un circuit-de contrôle qui contrôle l'état de la batterie pendant l'exécution de chaque fonction de traitement; et un dispositif d'alarme qui informe le patient de l'imminence d'une panne de la batterie. Dans un mode de réalisation illustratif, le circuit de traitement comprend un défibrillateur cardiaque sentinelle qui comporte un convertisseur haute tension qui applique des impulsions de défibrillation à haute énergie au coeur du patient Pendant que le convertisseur haute-tension est en fonctionnement, le circuit de contrôle contrôle le niveau de tension de la batterie pendant l'appel de courant et si la tension tombe au-dessous d'un ni Veau prédéterminé,un dispo- sitif d'alarme est actionné Si le circ Uit de traitement n'est pas appelé à remplir sa fonction de traitement, le minuteur réenclenchable actionne automatiquement et périodi- quement le circuit de traitement à la fin de sa période d'at- tente qui est, de préférence, de quatre mois Ainsi, le cir- cuit d'avertissement de l'état d'une batterie de l'invention avertit le patient de l'imminence d'une panne de la batte- rie, de préférence, au moyen d'une indication sonore, de sorte que la batterie n'a besoin d'être remplacée que lorsque cela s'avère nécessaire L'invention évite ainsi avantageuse- ment des procédures opératoires inutiles de remplacement des batteries. D'autres buts, caractéristiques, avantages et aspects de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre considérée à la lumière du dessin Les caracté- ristiques de l'invention, sont, cependant, plus particulière- ment énoncées dans les revendications annexées. Dans le des-sin: la Figure unique représentesous forme d'un schéma-bloc le circuit d'un mode de réalisation préféré pour atteindre les objectifs de l'invention. Comme précédemment mentionné-, le circuit représenté sur la Figure est utilisé en combinaison avec un appareil médi- cal implanté qui comporte un circuit de traitement, tel qu'un convertisseur haute tension et son circuit de commande 10, qui surveille l'activité électrocardiographique du coeur du patient et qui, en réponse à la détection d'une condition de fibrillation,applique au coeur du patient,sur un conduc- teur 12, des impulsions de défibrillation à haute énergie. Selon la condition de la bascule bistable d'état 14, les im- pulsions à haute énergie sont soit appliquées au coeur du patient, par des électrodes haute tension (non représentées) couplées au coeur du patient, par l'intermédiaire d'une porte 16 soit transmises à une résistance de charge 18, par l'inter- médiaire d'une porte 20 Comme décrit et représenté dans la demande de brevet précitée, les portes 16 et 20 sont des re- dresseurs au silicium commandés qui fonctionnent en réponse à un-signal de déclenchement DECL émis par un circuit de com- mande et de synchronisation 22 Lorsque le signal de la sor- tie directe "Q" de la bascule bistable d'état 14 est à un haut niveau, il rend passante une porte ET 24 de sorte qu'elle transmet directement le signal DECL à l'entrée de commande de la porte 20 et que cette dernière transmet l'im- pulsion de défibrillation à haute énergie à la résistance de charge 18 D'autre part, si le signal de la sortie inver- seuse"Q" de la bascule bistable d'état 14 est à un haut ni- veau, il rend passant une porte ET 26 de sorte qu'elle trans- met directement le signal DECL à l'entrée de commande de la porte 16 et qu'ainsi cette dernière transmet les impulsions de défibrillation à haute énergie aux électrodes couplées au coeurdu patient Ces opérations sont expliquées dans la demande de brevet précitée Le circuit défibrillateur décrit ci-dessus-est donné à titre d'illustration d'un type de dis- positif de traitement dans lequel les éléments fonctionnels de la présente invention peuvent être incorporés. En tant que partie du circuit d'avertissement de l'état de la batterie, le circuit de synchronisation et de commande 22 engendre un signal INVST qui sert à déclencher simultané- ment le convertisseur haute tension et son circuit de com- mande 10 ainsi qu'un minuteur de quatre mois réenclenchable Le signal INVST est émis en réponse à la détection d'une défibrillation effective du coeur ou en réponse à une condi- tion d'essai, telle qu'un essai déclenché au moyen d'un ai- mant mentionné dans la demande de brevet ci-dessus citée. L'activation du circuit convertisseur 18 appelle une cer- taine quantité de courant de la batterie 32 Etant donné qu'un élément d'accumulateur 32 a une caractéristique I-V (intensité par rapport à la tension) prévisible et qu'il existe une relation correspondante entre un point de sa courbe I-V et l'état (par exemple la durée de vie restante) de la batterie 32, on peut déterminer la durée de vie ap- proximative qui reste à la batterie 32 en mesurant son po- tentiel pendant la période d'appel de courant tandis que le convertisseur du circuit 10 est en fonctionnement Une tension minimale prédéterminée de la batterie 32 pendant le fonctionnement du circuit 10 indique un risque de panne de la batterie Pour mesurer la tension de la batterie pendant cette condition, un comparateur 34 compare la tension de sortie de la batterie à une tension de référence VREF et produit un signal d'enclenchement ENCL lorsque la tension V tombe au-dessous de la tension VREF Le signal ENCL enclenche ou met alors à l'état 1 une bascule bistable 36 qui actionne un oscillateur audio 38 L'oscillateur 38 excite un cristal piézoélectrique 40 Le cristal piézoélectrique 40 provoque l'émission par le circuit d'un signal sonore que le patient peut entendre de sorte qu'il est informé du risque de panne de la batterie. Dans le cas o le circuit de synchronisation et de com- mande 22 n'est pas amené à engendrer le signal INVST soit en réponse à la détection effective de la fibrillation du coeur 2537727- soit en réponse à une demande résultant de l'essai déclenché par un aimant, le circuit minuteur 30 de quatre moins arrive à la fin de sa période d'attente et il engendre alors un signal d'actionnement d'essai automatique (signal ST} qui ac- tionne le convertisseur haute tension et son circuit de com- mande 10 Le circuit de synchronisation et de commande 22 reçoit également le signal ST et, en réponse à ce signal, il modifie la condition de la bascule d'état 14 de façon qu'elle rende passante la porte ET 24 Ainsi, au moment o le conden- sateur haute tension 11 se charge, l'impulsion de défibrilla- tion à haute énergie est conditionné de façon à être trans- mise à la charge d'essai 18 lors de l'émission du signal DECL par le circuit de synchronisation et de commande 22 Pendant toute la durée du fonctionnement du convertisseur haute ten- sion du circuit 10, le comparateur 34 contrôle également la tension V et la compare à la tension de référence V REF Si la tension V tombe au-dessous de la tension VREF, le disposi- tif d'alarme sonore est actionné de la manière précédemment expliquée. L'oscillateur audio 38 continue de fonctionner jusqu'à ce qu'il soit arrêté par un signal de réenclenchement émis par le circuit de synchronisation et de commande 22 Comme expliqué dans la demande de brevet précitée, le circuit de synchronisation et de commande 22 fonctionne en réponse à un aimant externe pour engendrer les divers signaux de com- mande Le circuit 22 peut ainsi engendrer un signal de com- mande de Marche-Arrêt qui met en marche ou arrête le minu- teur de quatre mois, le signal INVST qui réenclenche le mi- nuteur 30 et déclenche le convertisseur 10 et un signal de restauration REST qui remet à zéro la bascule bistable 36. Ces signaux peuvent être engendrés par diverses séquences de mise en place et d'enlèvement d'un aimant au-dessus d'un interrupteur à anche implanté pour produire des séquences de signaux associées afin d'effectuer les commandes désirées. Des exemples de tels agencements de circuits sont décrits dans la demande de brevet précitée. Il est évident que les spécialistes de la technique peuvent apporter de nombreuses modifications et changements du circuit décrit sans sortir pour cale du cadre de l'inven- tion ni s'écarter de son esprit Par exemple, le cristal 40 peut être excité continuellement ou il peut être excité de façon intermittente En outre, le cristal peut être excité pendant de courtes périodes de temps (par exemple de 30 se- condes) à des intervalles espacés (par exemple toutes les heures) Par conséquent, il est bien entendu que toutes les variantes de réalisation, modifications et changements qui entrent dans l'esprit véritable de l'invention doivent être considérés comme couverts par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Circuit d'avertissement de l'état d'uoebatterie conçu pour être utilisé dans un appareil médical implanté alimenté en énergie par une batterie ( 32) et comportant un circuit de traitement ( 10) actionné alternativement par un signal d'é- vènement produit en réponse à l'apparition d'une condition médicale etpar un signal d'essai automatique pour effectuer une fonction de traitement respectivement sur un patient et sur une charge d'essai interne ( 18), ce circuit étant carac- térisé en ce qu'il comporte: un minuteur réenclenchable ( 30) pour engendrer le signal d'essai automatique après une pé- riode de temps prédéterminée, le minuteurétant remis à zéro après chaque émission du signal d'évènement, des moyens de commande ( 22, 14, 24, 20) fonctionnant en réponse au signal d'essai automatique pour provoquer l'exécution par le cir- cuit de traitement ( 10)-de sa fonction de traitement et son application à là charge d'essai interne ( 18); des moyens de contrôle ( 34, 36) pour contrôler la tension de la batterie ( 32) pendant le fonctionnement du circuit de traitement et pour produire un signal d'alarme lorsque cette tension tombe au-dessous d'un niveau prédéterminé; et des moyens avertis- seurs ( 38, 40) fonctionnant en réponse au signal d'alarme pour produire une alarme. 2 Circuit d'avertissementdellétatd'une batterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens avertis- seurs comprennent un oscillateur audio ( 38) et un cristal piézoélectrique pour engendrer des signaux sonores qui aver- tissent le patient de l'imminence d'une panne de la batterie. 3 Circuit d'avertissementdel'état d'une batterie selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de con- trôle comprennent un comparateur ( 34) qui compare la tension de la batterie à une tension de référence et une bascule bi- stable ( 36) qui fonctionne en réponse au signal de sortie du comparateur pour actionner l'oscillateur audio ( 38), cette bascule étant restaurée à son état initial en réponse à la production du signal d'évènement et du signal d'essai auto- matique. 4 Circuit d'avertissement del'étatd'unebatterie selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 22) comprennent, en outre, des moyens fonctionnant en réponse à-une première condition magnétique externe pour actionner le circuit de traitement, des moyens fonctionnant en réponse à une seconde condition magnétique externe pour restaurer la bascule bistable ( 36) à son état initial afin de désexciter l'oscillateur audio ( 38) et des moyens fonctionnant en réponse à une troisième condition magnétique externe pour mettre hors fonction le minuteur réenclenchable ( 30). Circuit d'avertissementde l'étatd'unebatterie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de traite- ment est un défibrillateur sentinelle ( 10),en ce que l'appa- rition d'une condition médicale est la détection d'une fibril- lation, et en ce que la fonction de traitement est l'applica- tion d'une impulsion de défibrillation respectivement au coeur d'un patient ou à la résistance de charge interne ( 18). 6 Circuit d'avertissement del'étatd'unebatterie selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 22) fonctionnent en réponse à une première condition magné- tique externe pour engendrer le signal d'événement et provo- quer l'application d'impulsions de défibrillation à haute énergie à la résistance de charge interne ( 18) et en ce que les moyens de commande comportent,en outre, des moyens fonc- tionnant en réponse à une seconde condition magnétique externe pour mettre hors fonction le minuteur réenclenchable et des moyens fonctionnant en réponse à une troisième condition ma-. gnétique externe pour mettre hors fonction les moyens d'a- larme sonores ( 38, 40).