Brevet FR2570529A1 — publié le 19860321

"Installation de stimulation musculaire L'invention concerne une installation de stimulation musculaire. On connaît déjà des installations de stimulation musculaire qui produisent des courants alternatifs destinés à stimuler ou à produire des fonctions motrices ou respiratoires d'un patient et cela dans un but de rééducation, d'assistance ou de recherche. Pour ces stimulations, on sait que l'efficacité physiologique d'un courant dépend de son amplitude et de sa fréquence. L'expérience montre qu'au-dessus d'un KHz, les courants n'ont pratiquement plus d'effet moteur et au-delà de #uelques KHz, ils sont totalement indolores, mais par contre, ils pénètrent très profondément dans l'organisme. Cette propriété est utilisée pour produire au sein même d'une masse musculaire, l'excitation d'un contingent de fibres. A cet effet, ces installations connues produisent deux courants alternatifs entre deux paires d'électrodes, la fréquence de ces courants (de l'ordre de quelques KHz) étant choisie pour obtenir la pénétration souhaitée, tout en étant indolore et inefficace, au point de vue physiologique. Pour obtenir une bonne efficacité, la fréquence de l'un de ces courants est légèrement décalée par rapport à l'autre (par exemple de 300 Hz), de façon que dans la zone où les deux courants coexistent, les phénomènes de battement donnent naissance à deux autres courants, l'un qui est égal à la somume des fréquences des deux courants initiaux et qui est donc trop élevée pour avoir une quelconque efficacité, l'autre qui est égale à la différence des fréquences de ces deux courants (par exemple de 300 Hz) et qui a une action physiologique.Dans ce cas, l'amplitude de ce courant de battement par différence est égale à la plus faible des amplitudes des deux courants initiaux. Cependant, les installations connues sont mal commodes, peu fidèles et leurs possibilités sont extrêmement limitées. Ainsi, le battement ou le décalage entre les fréquences initiales est mal contrôlé et sa valeur n'est jamais connue avec précision et surtout ne peut pas évoluer au cours du temps. Egalement, l'amplitude de ces courants est réglée statiquement par des rhéostats à plots et aucune indication précise n'est donnée. Le principal inconvénient de ces installations connues réside cependant dans la faiblesse de la gestion de la dynamique de cette amplitude des courants. En effet, l'évolution de l'amplitude au cours du temps est produite par un système électromécanique, ce qui permet d'obtenir une programmation des courants en des séquences simples, mais il s'agit dans ce cas d'une commande par tout ou rien. Or, l'excitation brutale d'un muscle n'est pas sans danger. On connaît également des installations qui ont la possibilité d'établir l'excitation progressive au moyen d'une came qui agit sur un potentiomètre, mais du fait de leur construction, les possibilités de ces installations sont très restreintes. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une installation de stimulation musculaire comportant au moins une paire d'électrodes destinée à être placée sur le corps du patient à hauteur des muscles à stimuler, cette paire d'électrodes étant alimentée à partir d'un générateur de sianaux, installation carat térisée en ce aue le générateur comprend un ensemble analogique affecté à la production et 9 l'envoi, sur la paire d'électrodes, d'un courant impulsionnel à fréquence réalable, et en ce aue cet ensemble analogique est asservi à un ordinateur aui aère les paramètres d'un type d'imnulsion, forme amplitude et durée, son évolution en fréauence et en amplitude dans le temps, ainsi que les instants de changement de type d'impulsion. Suivant une autre caratéristiaue de l'invention, l'installation comnorte au moins deux paires d'électrodes et le générateur comporte au moins deux voies affectées chacune à la production et à l'envoi sur les naires d'électrodes d'un courant alternatif à fréquence préalable, les fréquences de ces courants étant léaèrement décalées, l'ordinateur aérant les amplitudes et les fréquences de ces courants et donc de leur battement résultant Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble analogiaue comporte dans chacune des voies, un oscillateur de fréquence préalable alimentant chacun une paire d'électrodes par l'intermédiaire d'un multiplieur et d'un amplificateur dé puissance, les multiplieurs des deux voies recevant en outre une même tension d'un convertisseur digital analoqique commandé par l'ordinateur. Suivant une autre caractéristiaue de 11 invention, les oscillateurs sont constitués par des oscillateurs commandés en tension pour déterminer la fréquence des courants alternatifs de fréauence légèrement décalée, la fréauence de l'oscillateur de l'une des voies étant commandée par la tension issue d'un moyen à tension réglable tandis aue la fréauence de l'oscillateur de l'autre voie est commandée par l'intermédiaire d'un additionneur recevant la même tension du moyen à tension réglable ainsi qu'une tension issue d'un convertisseur digital analoaiaue commandé nar l'ordinateur, ces deux oscillateurs produisant ainsi deux courants alternatifs de fréauences réalables et légèrement décalées l'une par rapport à l'autre. L'invention est représentée a titre d'exemple non limitatif sur les dessins ci-joints, dans lesauels - la figure 1 est une vue en nerspective de l'ensemble d'une installation conforme à l'invention - la fissure 2 est le schéma synoptique de l'ensemble analogique de l'installation de la fissure 1 ; - la figure 3 est un exemple de la forme d'un signal amené sur l'une des paires d'électrodes de l'installation. La présente invention a en conséquence pour but la réalisation d'une installation de stimulation musculaire qui permet de connaître et de contrôler tous les paramètres des courants de stimulation sur le nian statique et dynamique. D'une manière générale, ce résultat est obtenu conformément à l'invention en asservissant un ensemble électronique analogique a un ensemble informatique. L'ensemble électroniaue analosiaue produit les courants impulsionnels et alternatifs et dispose de tous les réglages statiques, fréauence, aain des amplificateurs ainsi que des fréquencemètres et des galvanomètres. L'ensemble informatique est au contraire destiné à gérer l'évolution dans le temps de ces paramètres, c'est-à-dire l'évolution des amplitudes et donc le séquencement des excitations, ainsi aue la variation du décalage des fréquences. L'installation représentée sur la figure 1 ci-jointe se compose d'un boîtier d'alimentation 1, d'un micro-ordinateur 2 et d'un ensemble analoaiaue 3 relié à deux croupes d'électrodes 4 et 5 comportant chacun deux paires d'électrodes A1, A2, B17 BI. Etant donné que dans l'exemple renrésenté, l'installation comporte deux groupes d'électrodes 4 et 5, l'ensemble analo Qiaue 3 comporte deux parties identiques 31! 32 l'ordinateur 2 gérant ces deux parties 31 32 selon deux séquences indénendantes ou synchronisées suivant les besoins. Les électrodes A17 A2, B1, B2 sont constituées de préférence par des places conductrices modelables cui sont appliquées sur le corps du patient de façon aue pour chaque groupe d'électrodes, les électrodes des deux naires soient disposées de part et d'autre d'un muscle à stimuler et de façon aue la droite reliant les électrodes d'une paire se croise avec la droite reliant les électrodes de l'autre paire du même groupe.Ainsi, en alimentant les paires d'électrodes A1, A2 d'une part, et B1, B2 d'autre part, à l'aide de courants alternatifs de frécuences#voi- sines, on obtiendra à hauteur de ce muscle, un courant alternatif résultant du battement inférieur des courants initiaux alimentant ces deux paires d'électrodes, ce courant alternatif de battement étant propre à stimuler le muscle considéré. Le boîtier d'alimentation 1 est destiné à alimenter le micro-ordinateur 2 et cette alimentation a été réalisée séparément pour des raisons de sécurité et d'immunité au bruit. Ce boîtier se raccorde au secteur par le cordon 6 et comporte un interrupteur mache-arrt 7, un voyant 8 mettant en évidence la mise sous tension et un fusible 9. Le micro-ordinateur 2, connu en lui-même, reçoit son énerqie par le câble 10 et est muni d'un clavier 11, d'un afficheur 12 et d'une imprimante 13. Le poussoir 14 est une remise à zéro et l'interrupteur 15 détermine si le micro-ordinateur est en mode de charqement du programme à partir d'une cassette, dont le lecteur se branche sur le connecteur 16 ou bien si le procranme est en cours d'exécution, c'est-à-dire dans un premier temps rentrée des paramètres et, dans un second temps, fonctionnement proprement dit. L'interrupteur 17 est destiné à assurer l'arrêt immédiat du fonctionnement avec remise à zéro des courants. Suivant un mode de réalisation, ce microordinateur pourra être constitué par des mémoires de type EPROM. L'ensemble analogique 3 reçoit les commandes du micro-ordinateur 2 par un câble plat 18, il Dossède sa propre alimentation et se branche sur le secteur par le câble 19. Cet ensemble analogique 3 possède un interrupteur 19 de mise en marche et un voyant 20 de mise en évidence de l'alimentation. Cet interrupteur et ce voyant sont situés au milieu de la face avant de part et d'autre des ensembles de moyens de commande et de contrôle 31 32 affectés chacun à l'un des groupes d'électrodes 4, 5. Ces deux ensembles 31 32 étant identiques, uniquement l'un d'entre eux sera décrit en liaison avec la figure 2. Les galvanomètres 21, 22 indiquent quelles sont les amplitudes des courants alternatifs initiaux appliqués aux paires d'électrodes A1, A2 et B1, B2. Des pptentiomètres 23, 24 permettent le réglage du gain des amplifi- cateurs délivrant ces courants initiaux. La fréquence de ces courants est réglée par le potentiomètre 25 et la valeur de base de cette fréquence est indiquée par le fréquencemètre 26. Chaque ensemble 3 32 comporte (voir figure 2), un circuit d'interface 27 à l'aide duquel le microordinateur 2 commande deux convertisseurs digitauxanalogiques 28, 29. Le convertisseur digital-analogique 28 est destiné à commander l'amplitude dynamique des courants et donc la courbe enveloppe et le rythme des signaux, alors que le convertisseur digital-analogique est destiné à déterminer le décalage entre les fréquences des courants initiaux amenés sur les paires d'électrodes A1 A2 et B1, B2 et donc à déterminer la fréquence du battement inférieur, de ces deux courants alternatifs, assurant la stimulation musculaire. La génération des courants affectés chacun à l'une des paires d'électrodes A1, A2, B1, B2 est obtenue par deux voies comportant chacune un oscillateur commandé en tension, 30 respectivement 31, et un multiplieur, 32 respectivement 33. La fréquence de fonctionnement de l'oscillateur 30 est déterminée par la tension issue du potentiomètre 25 et le courant alternatif sinusoldal, rectangulaire ou triangulaire d'amplitude constante qui en résulte est amené d'une part sur le fréquencemètre 26, qui indique donc la fréquence du courant initial de base et, d'autre part, sur l'une des entrées du multiplieur 32. Ce multiplieur 32 reçoit sur sa seconde entrée et par l'intermédiaire du circuit d'adaptation 4, la tension issue du convertisseur digital-analogique 28, de façon que à la sortie du multiplieur 32 le courant alternatif issu de l'oscillateur 30 soit modulé en amplitude par la tension issue du convertisseur analogique 28, la valeur de cette tension étant déterminée par le programme 2 du micro-ordinateur 2. Le signal issu du multiplieur 32 (voir figure 3) est donc un signal de courant alternatif 35 dont la fréquence est déterminée par l'oscillateur 30 et dont la courbe enveloppe 36 est déterminée à partir du microordinateur 2 de façon que ce micro-ordinateur détermine la forme et le temps de montée T1 du signal, la durée du palier T2, la forme et le temps de descente T3 de ce signal ainsi que l'espacement T4 entre les divers signaux. Du fait de la construction de l'installation conforme à l'invention, l'opérateur pourra donc modiçter tous les paramètres d'amplitude de ces signaux en modifiant le programine enregistré sur la cassette 2 du microordinateur 2 alors que la frêauence de base sera déterminez sur le potentiomètre 25. Le signal issu du multiplieur 32 est amené sur un amplifIcateur de puissance 37 dont le grain est réqlable par l'opérateur à l'aide du potentiomètre 23, en fonction de chaque patient, et est ensuite amené à la paire d'électrodes Al, A2 par l'intermédiaire d'un transformateur d'Isolement 38, la tension de ce courant initial de base étant indiquée par le galvanomètre 21. L'oscillateur commandé en tension 31 de la seconde voie reçoit sa tension d'entrée de commande de l'additionneur 39 qui reçoit sur ses entrées, d'une part, la tension issue du potentiomètre 25, d'autre part, la tension provenant du convertisseur digital analogique 29 par l'intermédiaire du circuit d'adaptation 40. Comme indiqué précédemment, la tension issue du convertisseur digital analogique 29 est déterminée par le programme enregistré sur le micro-ordinateur 2 et cette tension est ajoutée, dans l'additionneur 39, à la tension issue du potentiomètre 25 afin que la tension de sortie de cet additionneur 39 détermine une fréquence de fonctionnement de l'oscillateur 31 qui correspond à la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur 30 augmentée dtune valeur déterminée par la tension issue du convertisseur digital analogique 29. Le courant alternatif issu de l'oscillateur 31 est donc légèrement différent de la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur 30 (par exemple 300 Hz) cette différence de fréquence étant variable en fonction des informations de programme enre gistrées dans le micro-ordinateur 2. Le courant alternatif issu de l'oscillateur 31 est amené à l'une des entrées du multiplieur 33qui reçoit également sur sa seconde entrée une tension de modulation identique à celle amenée sur le multiplieur 32 et issue du convertisseur digital analogique 28. Ainsi, les courbes enveloppes des signaux issus des multiplieurs 32 et 33 sont identiques, les courants alternatifs de ces signaux étant cependant d'une fréquence légèrement différente. Les signaux issus du multiplieur 33 sont ensuite amenés à un amplificateur de puissance 41 dont le gain est réglable par le potentiomètre 24 et, enfin, à la paire d'électrodes B1, B2 par l'intermédiaire du transformateur d'isolement 42, l'amplitude du courant amené à ces électrodes étant indiqué par le galvanomètre 22. On remarquera que dans cette installation, les puissances des signaux amenés aux électrodes A1, A2 et B1, B2 sont réglables indépendamment l'une de l'autre par les potentiomètres 23, 24 afin que par le réglage de l'ampli- tude de l'un des signaux par rapport à l'autre on puisse déplacer la zone d'excitation musculaire maximale vers telle ou telle paire d'électrodes. Egalement, les transformateurs d'isolement 38 et 42 assurent l'isolation galvanique du patient vis-à-vis de l'installation ainsi que l'adaptation d'indépendance, mais également ils permettent de disposer de deux courants sans référence commune. Cette installation permet donc d'exciter n'importe quel contingent de fibres musculaires par une disposition judicieuse des électrodes et de déplacer la zone d'activité maximale entre ces électrodes, grâce au réglage de l'amplitude de l'un des signaux par rapport à l'autre. L'excitation musculaire qui résulte du battement des fréquences des signaux amenés aux deux paires d'électrodes est également réglable en fonction de la commande assurée par le micro-ordinateur par le réglage, en amplitude, de ces signaux par l'intermédiaire du convertisseur digital analogique 28 et par le réglage, en fréquence, de ce battement par l'intermédiaire du convertisseur digital analogique 29. - On notera que l'ordinateur prévu suivant l'invention pourra également être mis en oeuvre pour déterminer des programmes de fonctionnement figés chacun sur une mémoire (EPROM ou microprocesseur), ces programmes étant alors utilisés pour gérer les fonctions des divers générateurs de signaux. REVENDICATIONS 1) Installation de stimulation musculaire comportant au moins une paire d'électrodes (A1 7 A2, B1, B2) destinée à être placée sur le corPs du patient à hauteur des muscles à stimuler, cette paire d'électrodes étant alimentée à partir d'un générateur de signaux, installation caractérisée en ce aue le générateur comprend un ensemble analogique (31) affecté à la production et à l'envoi, sur la paire d'électrodes, d'un courant impulsionnel à fréquence réglable, et en ce que cet ensemble analogique (3) est asservi à un ordinateur (2) qui gère les paramètres d'un type d'impulsion, forme amplitude et durée, son évolution en fréquence et en amplitude dans le temps, ainsi que les instants de changement de type d'impulsion. 2) Installation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux paires d'électrodes et en ce aue le générateur comporte au moins deux voies (30, 32 et 31, 33) affectées chacune à la production et à ltenvoi sur les paires d'électrodes d'un courant alternatif à fréquence réglable, les fréquences de ces courants étant légèrement décalées, l'ordinateur gérant les amplitudes et les fréquences de ces courants et, donc, de leur battement résultant. 3) Installation conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que l'ensemble analogique comporte dans chacune des voies, un oscillateur de fréquence réglable (30, 31) alimentant chacun une paire d'électrodes (A1, A2 ; B1, B2) par l'intermédiaire d'un multiplieur (32, 33) et d'un amplificateur de puissance (37, 41) les multiplieurs (32, 33) des deux voies recevant en outre une même tension d'un convertisseur digital analogique (28) commandé par l'ordinateur (2). 4) Installation conforme à la revendication 3, caractérisée en ce que les oscillateurs (30, 31) sont constitués par des oscillateurs commandés en tension sour déterminer la fréquence des courants alternatifs de fré suences légèrement décalées, la fréquence de l'cscillateur (30) de l'une des voies étant commandée par la tension issue d'un moyen à tension réglable (25), tandis aue la fréauence de l'oscillateur (31) de l'autre voie est commandée car l'intermédiaire d'un additionneur (39) recevant la même tension du moven à tension réglable (25) ainsi q'une tension issue d'un convertisseur digital analogique (29) commandé par l'ordinateur, ces deux oscillateurs produisant ainsi deux courants alternatif s de fréquences réglables et légèrement décalées llune par rapport à l'autre. 5) Installation conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce aue le aain de l'amplificateur de puissance (23, 24) de chaque voie, est réglable et est relié à sa paire d'électrodes (A1, A2, B1, B2) par un transformateur d'isolement.