Brevet FR2606645A1 — publié le 19880520

1i 2606645 SYSTEME DE CARDIOVERSION AUTOMATIQUE IMPLANTABLE A DELIVRANCE D'IMPULSIONS DE HAUTE FREQUENCE, ET PROCEDE POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE SYSTEME La présente invention se rapporte à un système de cardio- version ou de défibrillation du type implantable, dans le- quel une impulsion de haute énergie est délivrée au coeur d'un patient. Cette impulsion de haute énergie est tronquée à une haute fréquence, de sorte que l'impulsion présente un groupe d'ondes formé par un grand nombre d'impulsions haute fréquence de cardioversion. Au cours des années récentes, des progrès considérables ont été accomplis dans la mise au point de techniques per- mettant d'effectuer une cardioversion (englobant la défi- brillation), pour traiter divers troubles cardiaques et aryth- mies. Les efforts passés se sont traduits par la mise au point de défibrillateurs électroniques implantables qui réagissent à la détection d'un rythme cardiaque anormal pour délivrer, par l'intermédiaire d'électrodes raccordées au coeur, une énergie suffisante pour provoquer une dépolarisation et la restauration d'un rythme cardiaque normal. Le terme "cardioversion" employé dans le présent mémoire vise à englober la correction d'un certain nombre de condi- tions arythmiques du coeur, de caractères à la fois létal et non létal. Ces conditions arythmiques du coeur englobent la tachycardie atriale, les palpitations atriales, la fibrilla- tion atriale, les rythmes anarchiques, la tachycardie ven- triculaire, les palpitations ventriculaires, la fibrillation ventriculaire et conditions arythmiques d'une quelconque autre nature, qui n'ont aucune relation avec la stimulation et peu- vent être corrigées en soumettant le coeur à des chocs élec- triques. Le terme "défibrillation" est embrassé par le terme "cardioversion", en tant que procédé consistant à soumettre 2 2606645 - le coeur à des chocs électriques pour supprimer une fibril- lation de l'atrium ou des ventricules. Les systèmes de cardioversion implantables selon l'art antérieur ont typiquement recours à la détection d'une con- dition arythmique, qui provoque à son tour le chargement d'un condensateur de stockage par un circuit onduleur de haute tension (ou par un circuit convertisseur de courant continu en courant continu). L'on se référera, par exemple, au bre- vet US-A-4 164 946 traitant du même sujet. Consécutivement au chargement du condensateur de stockage, et lorsqu'il est établi qu'un choc de cardioversion ou de défibrillation doit être délivré au coeur du patient par l'entremise d'électro- des implantables, le condensateur est branché sur ces élec- trodes, auxquelles la tension du condensateur est appliquée. Le déchargement du condensateur engendre, par les électrodes et à travers le tissu cardiaque, une unique impulsion de haute tension de forme sinusoïdale à extinction exponentiel- le, afin de dépolariser le coeur. Dans de tels systèmes de cardioversion, l'impulsion de haute énergie délivrée est une unique impulsion de courant continu et, par conséquent, l'impédance du coeur est princi- palement fonction de la composante d'impédance de courant continu, ou résistance du coeur. L'impédance du coeur, en réaction à une unique impulsion de courant continu qui lui est appliquée, est relativement faible et uniforme, de sorte que cette impulsion n'est pas optimalement propagée à travers le coeur, mais plutôt vers une région du coeur relativement localisée. De ce fait, pour dépolariser une région du coeur plus étendue sans pour autant modifier l'agencement géométri- que des électrodes, il est nécessaire d'utiliser des éner- gies plus grandes qui accusent des limites inhérentes dans des dispositifs implantables. La présente invention a trait à un système de cardiover- sion qui tronque ou rompt la forme d'onde à extinction expo- nentielle parcourant les électrodes implantables, à une haute fréquence de préférence supérieure à i kHz. Un commutateur électronique est raccordé en série entre le condensateur de 3 2606645 stockage et les électrodes implantables, et un signal d'im- pulsion d'horloge est appliqué à ce commutateur pour l'ouvrir et le fermer à une haute fréquence. Par conséquent, l'impul- sion délivrée au coeur consiste en un groupe à onde unique formé d'un grand nombre d'impulsions haute fréquence de car- dioversion. L'invention se fonde sur le fait que l'impédance du tissu cardiaque (en tant que résultat du myocarde, de la graisse et du sang) varie à des fréquences différentes. A de hautes fréquences, les impédances de différents constituants du tissu cardiaque sont différentes, des régions à haute impé- dance et des régions à basse impedance étant disséminées dans le coeur. En conséquence, lorsqu'on fait battre ce coeur avec des impulsions de haute fréquence, l'énergie est distri- buée à travers le coeur, ce qui se traduit par des besoins en énergie plus faibles nécessaires à une cardioversion effi- cace. Donc, un objet de la présente invention consiste à four- nir un système de cardioversion qui détecte des arythmies et qui assure la cardioversion du coeur d'un patient en déli- vrant, à travers les électrodes implantables, un groupe d'on- des comprenant un grand nombre d'impulsions de haute fréquence. La présente invention a par ailleurs pour objet de four- nir des impulsions de haute fréquence au coeur d'un patient, en tronquant la forme d'onde à extinction exponentielle à une fréquence élevée. Ce troncage est assuré par un commuta- teur électronique qui est interrompu à une haute fréquence, de préférence supérieure à i kHz. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un diagramme schématique du système de cardioversion selon la présente invention; et les figures 2a et 2b montrent les formes d'ondes à extinc- tion exponentielle, respectivement selon la présente inven- tion et selon l'art antérieur. Le système de cardioversion conforme à la présente inven- 4 2606645 tion est illustré schématiquement sur la figure 1. Ce sys- tème renferme un certain nombre d'éléments de circuit communs à la demande de brevet apparentée US-478 038 (Imran et al), déposée le 23 mars 1983 et traitant du même sujet que la pré- sente demande. Cette demande susmentionnée est citée à ti- tre de référence dans le présent mémoire. Un circuit 2 détecteur d'arythmies est raccordé à des électrodes implantables (non représentées) qui sont, à leur tour, connectées au coeur d'un patient. Le circuit 2 est en mesure de détecter une condition arythmique, puis de délivrer ensuite un signal de sortie "INVST". Ledit circuit 2 peut renfermer un circuit détecteur du rythme cardiaque et un cir- cuit du type "PDF" (à fonction de densité de probabilité), de telle sorte que, lorsque le rythme cardiaque excède un seuil prédéterminé et qu'il est satisfait aux conditions d'une fonction de densité de probabilité, le signal INVST soit dé- livré à un circuit 4 de commande et onduleur de haute tension. Les circuits respectifs détecteur de rythme et du type "PDF" sont décrits dans la demande de brevet citée en référence. Il est bien évident qu'on peut employer d'autres systèmes pour détecter une arythmie, de façon à appliquer un signal de dé- part (ou signal INVST) à un circuit 4 onduleur de haute ten- sion. L'onduleur 4 de haute tension, également connu en tant que convertisseur de courant continu en courant continu, est un élément classique bien connu dans le domaine des défibril- lateurs implantables. L'on se référera, par exemple, au bre- vet US-A-4 164 946, qui décrit un tel convertisseur (désigné par 30 dans ce brevet). Lorsqu'il reçoit le signal INVST, l'onduleur 4 charge un condensateur 6 de stockage d'énergie interne, qui est chargé à un niveau prédéterminé. Lors de l'entrée en action de l'onduleur 4 faisant suite à la récep- tion du signal INVST, cet onduleur amorce l'activation (ou le chargement) du condensateur 6, puis fait passer un signal "INV RUNNING" à travers un élément onduleur logique 8 qui est raccordé à une entrée d'une porte ET 10. La porte ET 10 présente deux entrées additionnelles. Une 2606645 entrée 12 provient d'un détecteur d'ondes R, comme exposé dans la demande US-478 038 mentionnée ci-avant. Lors de la détection de chaque onde R, un signal est délivré à l'entrée 12 de la porte ET 10. Une entrée 13 de cette porte 10 pro- vient d'une bascule 14 initialisée lorsqu'elle reçoit le signal INVST provenant du détecteur d'arythmies2. Cette bascule 14 est remise à zéro lorsqu'elle reçoit un signal "CT" décrit ci-après. Lorsqu'une condition arythmique est détectée et qu'un si- gnal INVST est délivré, l'onduleur de haute tension entre en action et délivre un signal INV RUNNING qui est ondulé, par l'élément onduleur logique 8, pour appliquer un faible signal d'entrée à la porte ET 10. Lorsque l'action de 1 'onduleur cesse, c'est-à-dire à l'achèvement du chargement du conden- sateur de stockage 6, le signal de sortie de l'élément ondu- leur logique 8 prend une grande valeur. L'application subsé- quente d'une onde R à la porte ET 10 provoque la délivrance d'une impulsion à un transistor 20, par l'intermédiaire d'un montage approprié 16 de type RC mettant en forme les impul- sions, ainsi que d'un tampon 18. Le transistor 20 est ensuite activé et une impulsion pilote (TRIG) propre au patient est appliquée, par l'intermédiaire d'un conducteur 22, pour dé- clencher un SCR 24 propre au patient. Lors du déclenchement de ce SCR 24, le condensateur 6 en pleine charge est alors en mesure de se décharger par des conducteurs 26 qui sont raccordés aux électrodes (non illustrées) associées au coeur d'un patient. Un transistor 28 à effet de champ (FET) est branché en série entre le condensateur 6 et les bornes conductrices 26 des électrodes. Ce FET 28 est connecté à un générateur 30 d'impulsions d'horloge, qui délivre des impulsions d'horlo- ge de haute fréquence à la gâchette du FET 28. Les impulsions d'horloge sont appliquées au FET 28 lors de la réception d'un signal "TRIG" (déclenchement), lorsque le transistor 20 est mis en fonction. Les impulsions d'horloge émanant du générateur 30 servent à mettre le FET en et hors fonction à une haute fréquence, en 6 2606645 concordance avec la fréquence dudit générateur 30. De préfé- rence, ce générateur 30 délivre au FET 28 des impulsions d'activation à une fréquence au moins égale à 1-kHz et compri- se, de préférence, entre 10 kHz et 1 MHz. Par conséquent, l'impulsion TRIG provenant du transis- tor 20 met le SCR 24 en fonction et valide le générateur 30 d'impulsions d'horloge. Le condensateur 6 se décharge ensui- te par les conducteurs 26 associés aux électrodes, à une fré- quence proportionnelle à la fréquence des impulsions d'horlo- ge émanant dudit générateur 30. Deux résistances 32, branchées en paralléle avec les bornes 26, détectent cette décharge par l'intermédiaire du conducteur CT. Ce conducteur CT est rac- cordé à la borne de remise à zéro de la bascule 14 et, lors de la détection de la décharge, une impulsion CT remet la bascule à zéro. Deux résistances 34, également branchées en parallèle avec les conducteurs 26 des électrodes, détectent l'impulsion de. décharge qui est appliquée par ces conducteurs 26. Ce signal de retour d'impulsions (signal PF) est appliqué à un détecteur de groupe 36. Le détecteur 36 détecte le groupe des impul- sions de haute fréquence à extinction exponentielle, puis délivre le signal de groupe détecté à une borne d'entrée po- sitive d'un comparateur 38. Ce comparateur 38 possède une borne négative raccordée à une tension de référence. Lorsque la tension du groupe détecté chute en deçà de la référence (REF), le comparateur 38 délivre un signal de sortie qui est inversé par un inverseur 40, est mis en forme par l'intermé- diaire d'un circuit 42 formateur d'impulsions, puis transite par un tampon 44 pour donner un signal "TRG". Ce signal TRG est appliqué à une borne neutralisée du générateur 30 d'im- pulsions d'horloge, de manière que ce générateur cesse de délivrer des impulsions d'horloge au FET 28. Le signal TRG est également appliqué à un SCR tronqué 46, afin de déclen- cher ce dernier. Lorsque le SCR tronqué 46 est déclenché, l'impulsion à extinction exponentielle parcourant les bornes 26 des électrodes est tronquée ou raccourcie, de sorte que plus aucune énergie n'est fournie aux électrodes. Cela est 7 2606645 effectué étant donné qu'il n'est pas souhaitable d'exiger une décroissance exponentielle de l'impulsion jusqu'à un niveau zéro, comme cela est précisé dans la demande US- 478 038 mentionnée précédemment. En service, la détection d'une condition arythmique par le détecteur 2 provoque l'activation du circuit 4 onduleur de haute tension. Une fois le condensateur 6 complètement chargé par ce circuit onduleur, et lors de la réception d'une onde R par l'intermédiaire du conducteur 12, la porte ET 10 est activée et une impulsion pilote (TRIG) est délivrée par le transistor 20, de façon à déclencher le SCR 24 propre au patient et à valider le générateur 30 d'impulsions d'horloge. Le condensateur 6 se décharge ensuite par les bornes conduc- trices 26 associées aux électrodes, et la forme d'onde à extinction exponentielle est tronquée par l'activation haute fréquence du FET 28. La figure 2a montre, d'une manière exagérée, la forme tronquée de l'onde à extinction exponentielle. Par essence même, cette forme d'onde de la figure 2a est matérialisée par un groupe d'ondes comprenant une multitude d'impulsions haute fréquence de cardioversion ou de défibrillation, qui sont appliquées par l'intermédiaire des conducteurs 26 des électrodes. La figure 2b illustre une forme d'onde à extinc- tion exponentielle qui n'est pas tronquée conformément à la présente invention, et est par conséquent similaire au type d'impulsion délivré dans des systèmes défibrillateurs de l'art antérieur. La description qui précède porte sur une forme de réali- sation préférentielle de la présente invention. Cependant, il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système et au procédé décrits et représenté,sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de cardioversion automatique du coeur d'un patient, comprenant un condensateur de stockage (6); un moyen (4) pour charger ce condensateur de sto- ckage jusqu'à un niveau de tension prédéterminé; un moyen (24) pour décharger ledit condensateur; et deux électrodes implantables (26) raccordées audit condensa- teur de stockage (6), la décharge de ce condensateur engendrant une tension à décroissance exponentielle par lesdites électrodes, système caractérisé par le fait qu'il présente un moyen de troncage (28, 30) intercalé électriquement entre ledit condensateur de stockage (6) et lesdites électrodes implantables (26), de manière à tronquer la tension à décroissance exponentielle par- courant ces électrodes implantables. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de troncage comprend un commu- tateur électronique (28) branché en série entre le con- densateur de stockage (6) et les électrodes implantables (26); ainsi qu'un moyen (30) générateur d'impulsions d'horloge, raccordé audit commutateur électronique (28) afin d'ouvrir et de fermer ce commutateur électronique à une fréquence prédéterminée. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le commutateur électronique consiste en un transistor à effet de champ (28). 4. Système implantable destiné à assurer la car- dioversion automatique du- coeur d'un patient, système caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen dé- tecteur (2) destiné à la détection des arythmies du coeur; et un système de cardioversion selon l'une des revendications 1 à 3, susceptible d'agir en réaction à ce moyen détecteur (2) pour engendrer au moins un groupe d'ondes à impulsions haute fréquence de cardioversion, destinées à être délivrées au coeur d'un patient lorsque le système est implanté chez un patient. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les impulsions haute fréquence de car- dioversion sont délivrées à une fréquence supérieure à 1 kHz. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les impulsions haute fréquence de car- dioversion sont délivrées à une fréquence comprise entre kHz et 1 MHz.