Brevet FR2598870A1 — publié le 19871120

L'invention concerne un module de transmission auto-alimenté et son application à la stimulation biologique. Il existe de nombreux domaines d'application dans lesquels un module de transmission rendu inaccessible par sa localisation doit être capable de capter un signal véhiculant des informations, et éventuellement d'émettre lui-même un signal chargé d'informations. Ceci est notamment le cas dans le domaine médical pour les stimulateurs biologiques implantés, par exemple les stimulateurs du nerf auditif par implants cochléaires. Ces stimulateurs comprennent une partie implantée sous la peau du patient et comportant généralement des circuits électroniques et des électrodes de stimulation des tissus biologiques. Il est donc nécessaire de disposer de tensions électriques dépendant, non seulement des circuits électroniques mais également des besoins de l'application. L'utilisation de sources d'énergie électrique, telles que des piles, n'est.pas toujours compatible avec l'application envisagée, ne serait-ce qu'en raison des problèmes que pose leur remplacement périodique. Le même type de problèmes peut être rencontré dans le domaine de la télémesure ou de la télécommande, par exemple lorsque les moyens de mesure ou de commande sont disposés sur des pièces en mouvement. L'invention vise à résoudre ce problème en permettant de s'affranchir de toute source autonome d'énergie électrique et, à cet effet, elle a pour objet un module de transmission auto-alimenté comprenant un capteur apte à recevoir un signal d'information modulé et à le convertir en un signal électrique modulé, des moyens de déodulation du signal électrique et une source d'alimentation électrique, caractérisé en ce que la source d'alimentation convertit le signal électrique modulé en énergie électrique pour l'alimentation des composants dudit module. Suivant une caractéristique, la source d'alimentation comprend des moyens de redressement et de filtrage du signal électrique modulé et, de préférence, un régulateur de tension produisant au moins une tension d'alimentation stabilisée. Suivant une autre caractéristique, le démodulateur est connecté à un circuit de traitement des informations véhiculées par le signal électrique modulé, qui est alimenté par la source d'alimentation. Dans ce cas, le régulateur de tension de la source peut être piloté par le circuit de traitement. Le régulateur de tension peut aussi être piloté par une référence fixe. Suivant encore une autre caractéristique, le module de transmission comprend un modulateur et un organe émetteur alimentés en énergie électrique par la source d'alimentation et le modulateur est de préférence piloté par le circuit de traitement. A celui-ci peuvent être associés des organes périphériques alimentés en énergie électrique à partir de la source d'alimentation. Ce circuit de traitement peut être un calculateur numérique à logique câblée ou programmée. L'utilisation d'un signal d'information modulée permet de transmettre un débit d'informations important et l'énergie de ce signal, bien que faible, sera suffisante dans de nombreuses applications pour permettre l'alimentation des composants du module car les progrès réalisés dans l'intégration des composants électroniques permettent à ces derniers de remplir des fonctions de plus en plus complexes tout en fonctionnant avec des niveaux de tension et des consommations d'énergie électrique très faibles. L'invention a également pour objet l'application d'un module de transmission tel que défini ci-dessus à la stimulation biologique, caractérisé en ce que ce module fait partie d'un stimulateur implanté comportant des électrodes de stimulation alimentées électriquement à partir de ladite source d'alimentation. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de sa réalisation donné uniquement à titre d'exemple et illustré par les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma-bloc d'un module de transmission suivant l'invention ; la figure 2 représente une forme de signal modulé en amplitude utilisable avec le module de la figure 1 ainsi que différents signaux apparaissant dans celuici ; et la figure 3 est un schéma-bloc d'une forme particulière de réalisation du module de transmission de la figure 1. En se reportant à la figure 1, le module de transmission désigné dans son ensemble par la référence 1 comprend un organe 2 adapté pour recevoir un signal d'information modulé émis par un émetteur E distant du module 1. Cet organe sera par la suite désigné par le terme capteur bien que, comme on le verra plus loin, il puisse éventuellement assurer des Fonctions d'émission. La transmission du signal d' information modulé peut revêtir toute forme appropriée : elle peut être par exemple de type magnétique, radioélectrique, optique, etc..., et l'on supposera dans la suite de la description que le signal transmis est un signal radioélectrique modulé en amplitude dont la fréquence porteuse constante est de l'ordre de quelques MHz. Il va de soi que tout autre type de modulation peut être envisagé, en particulier une modulation de fréquence. Le capteur 2, qui peut comprendre une bobine accordée de réception ou une antenne, convertit le signal d'information reçu de l'émetteur E en un signal électrique modulé qui est appliqué, d'une part, à une source d'alimentation 3 et, d'autre part, à un modulateur-démodulateur 4. Le modulateur-démodulateur 4 extrait du signal électrique modulé les données qu'il contient et les applique à un circuit de traitement 5 qui peut être, par exemple, un calculateur électrorique à logique câblée ou programmée. Le circuit de traitement 5 est connecté à des organes périphériques 6 qui peuvent être, soit des organes de mesure de certains paramètres, soit des organes qu'il s'agit de commander tels que des électrodes ou des transducteurs. Si les organes périphériques 6 délivrent des informations qui doivent être émises par le module 1, celles-ci sont appliquées par le circuit de traitement 5 au bloc 4 qui les module et l'émission en est assurée via l'organe 2 comprenant à cet effet une bobine ou une antenne accordée d'émission. L'alimentation du modulateur-démodulateur 4, du circuit de traitement 5 et, si nécessaire, des organes périphériques 6 est assurée en 7 par la source d'alimentation 3. A cet effet, celle-ci convertit le signal électrique modulé issu du capteur 2 en énergie électrique, sous la forme de tensions ou de courants d'alimentation. Ces tensions ou courants, qui peuvent être identiques ou différents pour les divers composants du module 1, peuvent être élaborés à partir d'une référence fixe prédéterminée intégrée à la source d'alimentation 3 ou d'une consigne appliquée en 8 par le circuit de traitement 5 à la source 3. En se reportant à la figure 2, le signal Si est un exemple de signal modulé en amplitude par tout ou rien formé d'un train de N + 1 impulsions de durées séparées par des intervalles Un tel type de signal permet de transmettre 2n+1 paramètres analogiques. On supposera dans la suite qu'un tel signal est appliqué au module de la figure 3, bien que l'invention puisse être mise en oeuvre avec de nombreux autres types de signal modulé. Sur la figure 3, le capteur 2 comprend une bobine réceptrice accordée 2A et une bobine émettrice accordée 2B. La sortie de la bobine 2A, sur laquelle est présent le signal S1, est appliquée à l'entrée d'un redresseur 10 connecté à la source d'alimentation 3 par l'intermédiaire d'un détecteur de crête 11 à grande constante de temps. La sortie du redresseur 10 est également appliquée à l'entrée d'un deuxième détecteur de crête 12 à faible constante de temps. La sortie du détecteur 11 est appliquée à l'entrée de remise à zéro d'un compteur 13 par l'intermédiaire d'un monostable 14, tandis que la sortie du détecteur de crête 12 est appliquée à l'entrée de chargement du compteur 13 ainsi qu'à un deuxième monostable 15 et, par l'intermédiaire d'un inverseur 16, à un troisième monostable 17.Les sorties des monostables 15 et 17 sont appliquées à l'entrée d'une porte OU 18 dont la sortie est connectée à l'entrée de commande d'un registre 19 et à l'entrée d'interruption d'un microprocesseur 20 constituant la partie essentielle du circuit de traitement 5. Les entrées du registre 19 sont connectées aux sorties d'un compteur 21 dont l'entrée de remise à zéro est commandée par la sortie du monostable 14 et dont l'entrée de chargement reçoit un signal d'horloge qui est élaboré, à partir du signal 51, par un amplificateur 22 connecté à la sortie de la bobine 2A et un écrêteur oscillateur 23. A l'entrée du microprocesseur 20 sont appliquées les sorties du registre 19, du monostable 14 et du compteur 13. Ayant ainsi décrit les moyens de démodulation du module de transmission, on considèrera maintenant les moyens de modulation. Ceux-ci comprennent une porte ET 24 qui laisse passer le signal de sortie d'un oscillateur 25 lorsque son autre entrée est maintenue à un niveau haut par une sortie du microprocesseur 20. La sortie de la porte ET est connectée à la bobine émettrice accordée 2B par l'intermédiaire d'un filtre 26 et d'un amplificateur 27. La source d'alimentation 3 comprend des blocs 3A et 3B alimentés tous deux par le signal de sortie 52 du détecteur de crête 11. Le bloc 3A élabore une tension de référence appliquée au bloc 3B et à partir de laquelle ce dernier développe à sa sortie 3C une tension stabilisée assurant l'alimentation des différents modules. Bien entendu, le régulateur 3B peut comporter plusieurs sorties 3C pour l'alimentation de composants nécessitant des tensions différentes. En outre, le bloc 3A générateur de tension de référence peut être piloté par le microprocesseur 20 comme représenté en traits interrompus. Enfin, le microprocesseur 20 comporte des entrées et sorties logiques 28 ainsi que des entrées et sorties analogiques 29 par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique 30 et d'un convertisseuranalogique-numérique 31, assurant ainsi l'interface entre le circuit de traitement 5 et les organes périphériques 6. Ces derniers peuvent être constitués, par exemple, par des électrodes de stimulation dans le cas où le module de transmission fait partie d'un stimulateur implanté de tissus biologiques. En fonctionnement, le signal d'information modulé reçu par la bobine 2A est converti en un signal électrique qui est représenté par 51 sur la figure 2. Après redressement en 10, ce signal est appliqué aux détecteurs de crête 11 et 12. Le détecteur de crête 11 de grande constante de temps produit le signal 52, et le détecteur de crête 12, de faible constante de temps de l'ordre de grandeur de 1 à quelques périodes de la fréquence porteuse du signal S1, produit le signal 53, sachant que le détecteur 12 assure également une fonction d'écrêtage (signal S'3 avant écrêtage, signal 53 après écrêtage). Le monostable 14 assure la remise à O du compteur 13, de sorte que celuici compte le nombre N+1 d'impulsions de chaque train du signal 51. L'amplificateur 22 et l'écrêteur-oscillateur 23 fonctionnent comme un oscillateur asservi au signal électrique modulé et fournissent au compteur 21 des impulsions synchrones de la fréquence de la porteuse du signal 51. Le compteur 21 fait office de base de temps et son contenu est chargé dans le registre 19 sous la commande d'impulsions de chargement émises par les monostables 15 et 17 sur chaque front de montée et de descente respectivement du signal de modulation 53. A partir des informations logiques qui lui sont appliquées en entrée, le microprocesseur 20 assure la gestion des organes périphériques 6, de 13 chaîne de modulation 24 à 27 et, si nécessaire, pilote la source d'alimentation 3. Le module de transmission décrit peut recevoir de nombreuses applications. En particulier, il peut faire partie d'un stimulateur implanté comportant des électrodes de stimulation (non représentées) alimentées électriquement à partir de la source d'alimentation 3. Son utilisation peut bien entendu être étendue à d'autres stimulateurs biologiques ou prothèses implantés, ainsi qu'aux domaines de la télémesure, de la télécommande, de la surveillance, de la téléphonie, etc.... Dans chaque cas, le traitement opéré par le circuit 5 dépendra bien entendu de l'application considérée. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'on pourrait le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de i ' invention. REVENDICATIONS 1. Module de transmission auto-alimenté comprenant un capteur apte à recevoir un signal d i n format ion modulé et à le convertir en un signal électrique modulé, des moyens de démodulation du signal électrique et une source d'alimentation électrique, caractérisé en ce que la source d'alimentation (3) convertit le signal électrique modulé (51) en énergie électrique pour l'alimentation des composants dudit module (1). 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source d'alimentation (3) comprend des moyens de redressement (10) et de filtrage (11) du signal électrique modulé (51). 3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source d'alimentation (3) comprend un régulateur de tension (3A, 3B) produisant au moins une tension d'alimentation stabilisée. 4. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le démodulateur (4) est connecté à un circuit (5) de traitement des informations véhiculées par le signal électrique modulé (S1), qui est alimenté par la source d'alimentation (3). 5. Module selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le régulateur de tension (3A, 38) est piloté par le circuit de traitement (5). 6. Module selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le régulateur de tension (3A, 3B) est piloté par une référence fixe. 7. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un modulateur (4) et un organe émetteur (2B) alimentés en énergie électrique par la source d'alimentation (3). 8. Module selon les revendications 4 et 7, caractérisé en ce que ledit modulateur (4) est piloté par le circuit de traitement (5). 9. Module selon l'une quelconque des revendications 4 et 8, caractérisé en ce qu'au circuit de traitement (5) sont associés des organes périphériques (6) alimentés en énergie électrique à partir de ladite source d'alimentation (3). 10. Module selon l'une quelconque des revendications 4, 8 et 9, caractérisé en ce que le circuit de traitement (5) comprend un calculateur numérique (20). 11. Application du module selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 à la stimulation biologique, caractérisée en ce que ledit module (1) fait partie d'un stimulateur implanté comportant des électrodes de stimulation alimentées électriquement à partir de ladite source d'alimentation.