Brevet FR2580934A1 — publié le 19861031

L'invention concerne un appareil et une méthode pour la rééducation d'un groupe de muscles débili- tés. L'invention concerne plus particulièrement un appa- reil et une méthode pour rééduquer un groupe de muscles débilités au moyen d'un dispositif qui réagit à l'initia- tive du patient et qui détecte un signal électromyographi- que (EMG) dans un groupe de muscles, lequel signal est déclenché volontairement par un patient en cours de traitement, et qui, en réponse au signal déclenché par le patient, transmet ensuite un signal de stimulation artificielle à un groupe de muscles débilités. La débilitation de groupes de muscles du corps humain à pour origine diverses causes. L'une des causes les plus fréquentes de débilitation d'un muscle est un choc. La débilitation musculaire apparaît également par suite d'une lésion nerveuse et de certaines formes d'atrophie nerveuse et/ou musculaire. On peut rétablir un fonctionnement presque normal de groupes de muscles débilités en rééduquant le muscle afin qu'il réagisse à des stimuli nerveux. Des groupes de muscles débilités ont été stimulés artificiellement au moyen de dispositifs qui transmettent une impulsion de stimulation au groupe de muscles par l'intermédiaire d'une électrode introduite dans le groupe de muscles, ou par l'intermédiaire d'une électrode placée sur la peau du patient à proximité d'un groupe de muscles. La génération par stimuli artificiel peut prendre diverses formes. L'une d'entre elles consiste en un générateur informatisé de stimulation qui produit des impulsions de stimulation suivant une combinaison établie pour provoquer un mouvement des muscles du patient. Une autre forme consiste à générer un stimulus artificiel en fermant simplement un circuit électrique qui est ouvert ou fermé manuellement, soit par un médecin en physiothérapie, soit par le patient, et qui comprend une source d'alimentation et un certain type d'électrode de stimulation. Par certains points, ce type de dispositif peut être considéré comme un dispositif réagissant à l'initiative du patient; cependant, l'expression telle qu'utilisée dans le présent mémoire désigne un dispositif qui détecte un signal électromyographique déclenché volontairement par le patient, qui agit en tant que signal de déclenchement d'un dispositif qui produit un signal de stimulation artificielle qui est ensuite transmis à un groupe de muscles débilités. L'invention a pour objet un dispositif réagissant à l'initiative d'un patient, destiné à la rééducation d'un groupe de muscles débilités. L'invention a également pour objet un dispo- sitif réagissant à l'initiative d'un patient, qui détecte un signal électromyographique dans un groupe de muscles débilités et qui transmet un signal de stimulation artifi- cielle à ce même groupe de muscles débilités. L'invention a également pour objet un dispo- sitif réagissant à l'initiative d'un patient, qui détecte un signal électromyographique dans un groupe de muscles et qui transmet ensuite un signal de stimulation artifi- cielle à un groupe de muscles débilités. La présente invention utilise une électrode transcutanée pour détecter un signal électromyographique dans un groupe de muscles, qui peut être ou non un groupe de muscles débilités. Le signal détecté est transmis à un dispositif de commande qui analyse ce signal pour déterminer si celui-ci dépasse un niveau établi par un circuit de détection de seuil réglable. Si le niveau est dépassé, le circuit génère et transmet un signal de stimulation artificielle à une autre électrode trans- cutanée placée à proximité immédiate d'un groupe de muscles débilités. Le dispositif peut donc être utilisé pour détecter un signal électromyographique déclenché volontai- rement par le patient, dans un groupe de muscles, puis pour générer un signal de stimulation artificielle qui est transmis à un groupe de muscles débilités. Dans certains cas, le signal déclenché par le patient et la stimulation artificielle affectent le même groupe de muscles. Dans d'autres cas, le patient peut déclencher un signal volontaire dans un groupe de muscles afin de stimuler artificiellement un autre groupe de muscles. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: - la figure 1 est une vue en perspective d'un patient utilisant le dispositif réagissantà l'initia- tive du patient selon l'invention; - la figure 2 est une vue en plan de dessus d'un bloc de commande du dispositif selon l'invention; et - la figure 3 est un schéma simplifié du circuit électrique du dispositif selon l'invention. En référence au dessin et en particulier à la figure 1, on y voit représenté un dispositif réagis- sant à l'initiative d'un patient, indiqué globalement en 10. Un patient en cours de traitement est indiqué en 12. Le patient 12 est relié au dispositif 10 au moyen de plusieurs fils conducteurs et d'un groupe d'électrodes superficielles transcutanées. Une électrode active 14, une électrode de référence 16 et une électrode de masse 18 sont positionnées sur la jambe gauche du- patient. Des électrodes éloignées 20, 22 sont placées sur la jambe droite du patient. Les électrodes sont connectées à un bloc 11 de commande au moyen de plusieurs câbles ou conducteurs blindés. L'électrode active 14 est connectée au moyen d'un conducteur 24; l'électrode de référence 16 est connectée au moyen d'un conducteur 26; l'électrode de masse 18 est connectée au moyen d'un conducteur 28 et les électrodes éloignées 20, 22 sont connectées au moyen de conducteurs 30, 32, respectivement. Les conducteurs 24 à 32 peuvent être terminés par des fiches téléphoniques miniatures. Ainsi, le conduc- teur 24 se termine par une fiche téléphonique miniature 24, les conducteurs 26 et 28 se terminent par une fiche commune 36 de référence/masse, et les conducteurs 30, 32 se terminent par une seule fiche à distance 38. En référence à présent à la figure 2, on y voit représenté plus en détail le bloc 11 de commande. La fiche 34 est connectée à ce bloc 11 de commande au moyen d'une broche 40. Les fiches 36 et 38 sont connectées au moyen de broches 42, 44, respectivement. La partie restante de la figure 2 sera décrite conjointement avec le circuit représenté schématiquement sur la figure 3. En référence à présent à la figure 3, on yvoit représentées les électrodes 14 à 22 avec un schéma simplifié du circuit du bloc de commande 11. Un signal électromyographique (EMG), reçu par les électrodes 14 et 16, est transmis par deux résistances 46, 48 de un mégohm à un pré- amplificateur 50 faisant partie du bloc de commande 11. L'électrode 18 est connectée à la masse. Les électrodes 14, 16 et 18 sont désignées collectivement ci-après par l'expression ensemble d'élec- trodes de réception de signaux. Le signal EMG amplifié sortant de l'amplifi- cateur 50 passe ensuite à travers un filtre 52 à 50 ou 60 Hz, puis dans un amplificateur 54 et dans un redres- seur 56. Un sélecteur 58 de fonctions à trois posi- tions, également représenté sur la figure 2, permet au patient ou au médecin physiothérapiste de sélectionner l'une des trois fonctions du bloc de commande: l'opéra- teur peut simplement contrôler le niveau d'un signal EMG déclenché par le patient,en lisantsurun instrument de mesure 60; l'opérateur peut sélectionner une fonction dans laquelle le bloc 11 de commande se comporte comme un stimulateur nerveux électrique transcutané(TENS)en produi- sant un signal de stimulation artificielle; ou bien l'opérateur peut à la fois surveiller le niveau d' signal EMG déclenché par le patient et produire en même temps un signal de stimulation artificielle. Le commutateur 58 étant placé sur la posi- tion EMG indiquée sur la figure 2, des contacts 58a, 58b du commutateur 58 sont fermés, de manière que le signal de sortie du redresseur 56 soit transmis uniquement à l'instrument de mesure 60. Le commutateur étant placé sur la position EMG/TENS indiquée sur la figure 2, les contacts 58a, 58b sont fermés, de même que les contacts 58c, 58d. Dans cette position du commutateur, le signal de sortie du redresseur 56 est transmis à un instrument de mesure 60 et, en outre,à un circuit produisant un signal de stimulation artificielle par l'intermédiaire des contacts fermés 58c, 58d. Le commutateur 58 étant placé sur la position TENS indiquée sur la figure 2, le signal de sortie du redresseur 56 est transmis unique- ment au circuit qui produit une impulsion de stimulation artificielle. Le commutateur 58 étant placé dans la posi- tion EMG/TENS ou dans la position TENS (afin de produire un signal de stimulation), le signal EMG amplifié sortant du redresseur 56 est appliqué à l'entrée d'un détecteur de seuil 62. Le niveau de seuil du détecteur est établi au moyen d'une résistance 64 de réglage du détecteur de seuil. Si un seuil EMG prédéterminé a été atteint, le signal EMG amplifié déclenche le détecteur de seuil 62 et des composants du bloc sont mis en action pour produire un signal de stimulation artificielle. Un signal EMG d'intensité suffisante pour déclencher le détecteur de seuil 62 provoque la mise en fonction d'autres composants du bloc 11 de commande, constituant ici un dispositif logique. Une horloge 66 de cadencement, qui détermine la fréquence du signal de circulation artificielle, est déclenchée. L'horloge 66 peut être réglée à l'aide d'une résistance 68 de réglage de stimulation. Une bascule monostable 70 règle la largeur des impulsions individuelles du signal de stimulation artificielle. Une bascule monostable 72 de maintien de marche est déclenchée simultanément à l'horloge 66 de cadencement. Lorsque la bascule 72 de maintien de marche s'efface, une bascule monostable 74 de maintien d'arrêt est déclenchée. Des signaux d'entrée provenant de l'horloge de cadencement et des bascules monostables de largeur d'impulsion, de maintien de marche et de maintien d'arrêt, l'ensemble étant désigné globalement par le terme ensemble de production de signaux, sont additionnés par un circuit logique 76 de sommation. Lorsque ce circuit logique 76 de sommation reçoit une combinaison appropriée de signaux d'entrée, il génère un signal logique dit de sortie qui déclenche un circuit d'attaque 78 de transfor- mateur qui, par l'intermédiaire d'une résistance 80 de réglage d'amplitude de stimulation, détermine l'ampli- tude d'une impulsion de stimulation et commande un trans- formateur élévateur 82. Le circuit d'attaque 78 et le transformateur 82 constituent un bloc appelé ici ensemble amplificateur. Deux diodes 84, 86 d'isolement du transforma- teur sont placées dans le circuit entre le transformateur 82 et un commutateur 88 de sélection de stimulation. Le commutateur 88 permet à l'opérateur du dispositif de choisir entre les deux électrodes possibles de stimula- tion, celle qui reçoit un signal artificiel de stimulation. En réalité, le commutateur 88 fait partie d'une broche téléphonique miniature éloignée 44 (voir figure 2), le commutateur comportant deux contacts 88a, 88b et une lame d'inversion 88c qui est normalement rappelée par un ressort pour porter contre le contact 88b. Lorsque la fiche 38 est branchée dans le bloc 11, la lame 88c porte contre le contact 88a et des signaux de stimulation artificielle sont transmis aux électrodes de stimulation placées à distance. Lorsque la broche 44 ne contient pas de fiche, la lame 88c porte contre le contact 88b et le signal de stimulation artificielle est transmis à l'électrode active. Un signal EMG typique présente un potentiel de 1 à 100 microvolts et une fréquence de 80 à 400 Hz. Le signal de sortie du bloc de commande est de l'ordre de 20 à 80 volts, avec une fréquence, établie par la résistance 68 de réglage de cadencement, de 40 à 120 Hz. Il est apparu expérimentalement que la fréquence de 80 Hz est la plus confortable pour un patient en cours de traitement. De plus, il est apparu que la peau de l'homme présentait une résistance comprise dans la plage de 1000 à 3000 ohms. Il ressort de la description précédente que les électrodes 14, 16, 18 doivent pouvoir travailler sous des tensions comprises dans une plage très large. De plus, le pré-amplificateur 50 doit pouvoir fonctionner dans la gamme du microvolt, tout en étant protégé des tensions comprises entre 20 et 80 volts. L'introduction des résistances 46 et 48 et des diodes de protection d'entrée 90, 92, 94 et 96 empêche les tensions de sortie du transformateur de nuire au pré- amplificateur. De façon similaire, les diodes 84 et 86 empêchent un signal EMG reçu par les électrodes d'être sensible à l'impédance relativement basse du transformateur 82 - le signal EMG étant ainsi convenable- ment dirigé vers l'intérieur du pré-amplificateur. Si l'on suppose qu'un patient 12 exécute une rééducation d'un groupe de muscles débilités dans sa cuisse gauche, qui reçoit encore un signal EMG de son système nerveux, le patient 12 est probablement capable de déplacer légèrement sa jambe gauche. Les électrodes de surface sont attachées, comme montré sur la figure 1, uniquement sur la jambe gauche du patient. Les électrodes éloignées ne sont pas attachées au patient ni raccordées au bloc de commande. Le bloc 11 est mis en marche au moyen d'un commutateur 98. Un signal EMG est détecté entre l'électrode à fiche 14 et l'électrode 16 de référence. L'électrode de masse 18 améliore le fonctionnement du système et élargit la surface de détection. L'utilisation d'électro- des de surface par paires localise la détection d'un signal EMG. Comme indiqué précédemment, le signal EMG passe à travers le préamplificateur 50 et pénètre dans le filtre 52. Ce dernier supprime les impulsions électri- ques ambiantes indésirées, comme celles pouvant être introduites dans le système si le patient se trouve à proximité d'un équipement électrique utilisant une tension normale de 110 ou 220 volts et une fréquence de 60 ou 50 Hz. Le détecteur de seuil 62 peut être réglé au moyen de la résistance 64 de réglage afin de permettreà un signal EMG d'intensité prédéterminée de déclencher le dispositif. Comme indiqué précédemment, l'horloge 66 et les bascules monostables 70, 72 et 74 appliquent des signaux d'entrée au circuit logique 76 de sommation qui génère un signal assumant finalement la fonction de stimulus artificiel pour un groupe de muscles. On peut voir qu'en l'absence des composants précités, désignés ici par l'expression ensemble de production de signal, le dispositif peut prendre un état d'oscillation sans fin. Pour l'empêcher d'attein- dre cet état, un signal EMG qui dépasse la valeur de seuil, établie par la résistance de réglage 64, déclenche simultanément l'horloge 66 de cadencement et la bascule monostable 72 de maintien de marche. L'horloge 66 est généralement réglée à une fréquence de sortie de l'ordre de 80 Hz à l'aide de la résistance 68 de réglage de la fréquence de stimulation. L'horloge 66 et la bascule monostable 70 de largeur d'impulsion déterminent ensemble la fréquence d'un signal amplifié de stimulation artifi- cielle. La bascule monostable 72 de maintien de marche établit un premier intervalle prédéterminé qui dépend d'un élément 100 de réglage du temps de maintien de marche (figure 2). Une fois que la bascule monostable de maintien de marche a changé d'état, la bascule mono- stable de maintien d'arrêt compte un second intervalle prédéterminé, tel qu'établi par un élément 102 de réglage (figure 2). L'association du détecteur de seuil et de la bascule monostable de maintien et de marche constitue un dispositif commandant l'ensemble dit de production de signal. La bascule monostable de maintien d'arrêt empêche essentiellement des signaux EMG successifs, déclenchés par le patient, ou un signal généré par le bloc 11, de déclencher ensuite le dispositif avant l'écou- lement d'un temps prédéterminé et, en tant que telle, elle est considérée ici comme un dispositif empêchant le redéclenchement de la production du signal de stimula- tion. Comme indiqué précédemment, l'intensité ou l'amplitude du signal de stimulation artificielle peut être modifiée entre 20 et 80 volts à l'aide de la résistance 80 de réglage de l'amplitude de stimulation. Un signal ainsi généré par le transformateur 82 est transmis au groupe de muscles débilités en cours de rééducation par l'intermédiaire de l'électrode active 14 qui se comporte à présent comme un ensemble d'électro- des de stimulation, ou un ensemble de transmission de signaux de stimulation. Dans ce cas, on peut considérer que l'électrode de réception et l'électrode de stimulation comprennent un bottier commun. Bien que des électrodes de dimension relativement faible suffisent à recevoir un signal éleétromyographique déclenché par le patient, une électrode quelque peu plus grande est nécessaire en tant qu'électrode de stimulation pour éviter les brûlures de la peau du patient à l'emplacement o l'élec- trode est appliquée. La puissance d'un signal typique de stimula- tion artificielle correspond à une tension -comprise entre 20 et 80 volts, une intensité comprise entre 20 et 80 milliampères et une fréquence comprise entre 40 et 120 Hz. Une fréquence d'environ 80 Hz s'est révélé être la plus confortable car elle entraîne des brûlures cutanées plus faibles. Un signal typique de stimulation artificielle présente une durée de 100 à 500 millisecondes, telle que déterminée par la bascule monostable de maintien de marche, cette durée étant suivie d'un arrêt du système de 3 à 10 secondes, tel que déterminé par la bascule monostable de maintien d'arrêt. Bien que le corps soit capable de déclencher un signal EMG pour un groupe de muscles donné, environ dix fois par seconde, la transmission d'un signal de stimulation artificielle à une telle cadence, sous l'in- tensité demandée pour rééduquer un groupe de muscles, peut aisément provoquer une brûlure de la peau du patient au point de contact dé l'électrode. En outre, cette stimulation rapide n'a pas pour résultat la rééducation souhaitée d'un muscle débilité. En référence momentanée de nouveau à la figure 1, dans le cas o un patient doit rééduquer un groupe de muscles qui reçoit un signal EMG insuffisant, le groupe de muscles peut être rééduqué par un signal produit artificiellement, qui est déclenché par un signal EMG détecté dans le groupe de muscles non débilités. Dans ce cas, les électrodes 14, 16, 18 détectent encore un signal EMG dans la jambe gauche du patient et, après que les conducteurs à distance 20, 22 ont été raccordés à la fiche 44 et que les électrodes éloignées 20, 22 ont été appliquées sur la jambe droite du patient, le signal généré dans le bloc 11 est transmis aux muscles extenseurs de la jambe droite du patient. Ce positionne- ment des électrodes permet au patient de stimuler un groupe de muscles débilités de sa jambe droite par le déclenchement d'un signal EMG dans sa cuisse gauche. Il est évident que les électrodes de réception peuvent être placées à proximité de tout groupe de muscles sains. L'électrode de réception et l'électrode de stimulation sont logées dans ce cas dans des boîtiers indépendants. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la méthode et à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Méthode de rééducation, à l'initiative d'un patient, d'un groupe de muscles débilités du patient, caractérisée en ce qu'elle consiste à faire produire par le patient,parun déclenchementvolontaire, un signal électromyographique dans un groupe de muscles choisi consciemment par le patient, à détecter le signal électro- myographique ainsi produit lorsqu'il présente une intensi- té prédéterminée, à produire, à partir du signal électro- myographique détecté, un signal de stimulation d'intensité plus grande et, pratiquement en même temps que la détec- tion du signal électromyographique, à transmettre le signal de stimulation au groupe de muscles débilités du patient pour que les muscles réagissent au signal de stimulation perçu par le patient en réponse au signal électromyographique déclenché volontairement. 2. Méthode selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le signal de stimulation est transmis pendant une période de temps de transmission de longueur prédéterminée et,àla fin de cettepériode de transmission, la transmission est arrêtée pendant une période de lon- gueur supérieure à celle de la période de transmission. 3. Méthode selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le groupe de muscles débilités se trouve dans un membre du patient et en ce que le signal électro- myographique déclenché volontairement est produit dans un groupe de muscles que le patient choisit consciemment dans le même membre. 4. Méthode selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le groupe de muscles débilités du patient est situé dans un membre du patient et en ce que le signal électromyographique déclenché volontairement est produit dans un groupe de muscles que le patient choisit consciemment dans un autre membre. 5. Méthode selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le signal électromyographique déclenché volontairement est produit dans un groupe de muscles débilités du patient et en ce que le signal de stimulation est transmis à ce même groupe de muscles débilités. 6. Méthode selon la revendication 1, caracté- risée en ce que le signal électromyographique déclenché volontairement est produit dans un groupe de muscles non débilités du patient et en ce que le signal de stimu- lation est transmis à un groupe de muscles débilités du patient.