Brevet FR2658084A1 — publié le 19910816

Perfectionnements aux dispositifs stimulateurs comDre- nant des éléments imnlantés dans les organismes vivants. L'invention est relative aux dispositifs de stimulation ou de thérapeutique destinés à remédier à des altérations d'organes naturels compris par des organismes vivants, dispositifs comprenant au moins un élément consommateur d'énergie électrique implanté dans ces organismes. Elle vise également les accessoires associés à ces dispositifs et permettant leur bon fonctionnement. Dans l'état actuel de l'art, l'énergie électrique destinée à chaque élément implanté est engendrée soit par une pile électrique implantée en même temps que ledit élément, soit par une source électrique extérieure reliée audit élément par l'intermédiaire de conducteurs solides franchissant la barrière cutanée ou muqueuse de l'organisme concerné ou par l'intermédiaire d'une liaison sans fil comprenant une antenne émettrice extérieure à l'organisme et une antenne réceptrice intérieure à cet organisme. Chacune de ces formules présente des inconvénients importants - les piles implantées se vident rapidement et, chaque fois qu'une telle pile est déchargée, il faut réopérer le patient pour remplacer la pile implantée cet inconvénient est supportable lorsque le temps qui sépare deux opérations successives est suffisamment long, par exemple supérieur à la dizaine d'années, mais il devient rédhibitoire si l'échange des piles doit être effectué plus souvent - la traversée permanente de la peau ou muqueuse d'un individu par des conducteurs électriques présente des risques d'infection au niveau de la traversée, la présence desdits conducteurs est désagréablement ressentie par l'individu et la portion, de ces conducteurs, qui demeure sortie hors de son organisme risque d'être accrochée et arrachée - la liaison sans fil nécessite le port permanent du système émetteur à l'extérieur du corps, à proximité du système récepteur, ce qui est encombrant, pesant et inesthétique ; cette servitude est particulièrement marquée dans le cas des implants cochléaires destinés au traitement des surdités profondes ou totales : en effet une telle affection est un handicap généralement mal accepté par l'entourage des mal-intendants, ce qui conduit ces derniers à masquer le plus possible leur situation et les conduit à refuser les prothèses acoustiques trop voyantes. L'invention a pour but, surtout, de supprimer ces différents inconvénients. A cet effet, les dispositifs stimulateurs selon l'invention, comprenant au moins un élément consommateur d'énergie électrique implanté dans un organisme vivant, sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comprennent en outre, également implantée dans ledit organisme, une batterie d'accumulateurs rechargeable par simple application à ses bornes d'une tension électrique et connectée, d'une part, audit élément et, d'autre part, à un circuit de recharge rendant facile sa recharge à partir d'une source d'électricité extérieure à l'organisme. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - le circuit de recharge comprend, en plus de la source d'électricité extérieure, des moyens de couplage électromagnétique essentiellement constitués par une antenne émettrice-réceptrice extérieure à l'organisme et une antenne émettrice-réceptrice implantee dans l'organisme, - le circuit de recharge comprend, en plus de la source d'électricité extérieure, des moyens de couplage inductif essentiellement constitués par une boucle extérieure à l'organisme accordable sur une boucle implantée dans l'organisme, - le dispositif stimulateur comprend en outre un processeur implanté connecté à la batterie et propre à gérer la recharge de cette batterie et la stimulation, - le processeur est agencé de façon à élaborer un signal d'alerte quand la charge de la batterie passe au-dessous d'un seuil prédéterminé et à transmettre ce signal à des moyens appropriés extérieurs à l'organisme, - le processeur est connecté électriquement, d'une part, à au moins une électrode liée à un organe ou appareil implanté à stimuler et, d'autre part, à au moins un capteur d'informations internes à l'organisme, dont la connaissance est utile pour gérer les stimulations dudit organe, - le dispositif stimulateur comprend un outil extérieur à l'organisme, propre à élaborer des signaux électriques de programmation du processeur et à être connecté à ce processeur par les mêmes moyens que le circuit de recharge de la batterie, - les signaux de programmation comprennent des signaux propres à commander la mise en marche et/ou l'arrêt de la stimulation, - l'énergie électrique de recharge de la batterie se présente sous la forme d'une onde porteuse pour certains au moins des signaux de programmation. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1 de ce dessin montre très schématiquement l'ensemble, établi conformément à l'invention, d'un dispositif stimulateur implanté et d'un appareil de recharge de ce dispositif, au cours d'une recharge. La figure 2 montre semblablement le seul dispositif stimulateur en fonctionnement normal. D'une façon générale, l'ensemble de stimulation comprend deux parties, savoir - une première partie A implantée, c'est-à-dire entièrement disposée à l'intérieur d'un organisme vivant 1 délimité extérieurement par la peau 2 de cet organisme, le mot "peau" désignant ici aussi bien la peau proprement dite de l'individu concerné qu'une muqueuse ou membrane naturelle tapissant une cavité dudit individu et raccordée à la peau au niveau d'un orifice naturel, - et une seconde partie B extérieure à l'organisme I et contenue dans un boîtier approprié 3. La première partie A comprend - au moins une électrode 4 de stimulation d'un organe naturel interne ou analogue 5 faisant partie de l'organisme i, - au moins une électrode 6 propre à détecter les valeurs et variations d'un paramètre interne auxquelles on désire asservir la stimulation de l'organe 5, - une batterie d'accumulateurs rechargeable 7 propre à alimenter les électrodes 4 et 6, - et des moyens de réception et de gestion de la recharge de cette batterie 7 à partir de l'extérieur de l'organisme 1 et plus précisément à partir de la seconde partie B de l'ensemble. L'organe naturel 5 peut être l'un quelconque de ceux qui se prêtent à une stimulation électrique, tel qu'une oreille, une corde vocale ou plus précisément un muscle laryngé associé à une telle corde, un émonctoire, un membre, un coeur, un composant de l'appareil digestif ou de l'appareil respiratoire... Ledit organe naturel 5 pourrait également être remplacé par un appareil artificiel implanté tenant lieu d'un tel organe naturel ou propre à seconder un tel organe, comme par exemple une pompe à insuline. Le paramètre P, qui est directement lié à la stimulation à commander, peut être élaboré à l'intérieur même de l'organisme 1 à partir d'un organe naturel ou lui-même implanté. Ce paramètre P peut être par exemple constitué - par des signaux acoustiques ou électriques reçus par une prothèse auditive elle-même implantée, comportant un microphone à proximité d'une oreille ou dans une oreille de l'individu concerné, - par des signaux biologiques formés par la respiration, la déglutition ou la phonation dans le cas où la stimulation consiste à déplacer une corde vocale t - par un signal de seuil élaboré par le remplissage d'un émonctoire si la stimulation consiste à vider ce dernier à partir d'un certain degré de son remplissage, - ou encore par un signal interne déclenché ou élaboré par un petit mouvement volontaire de l'individu, Si la stimulation consiste à amplifier ce mouvement ou à commander artificiellement un mouvement différent dont la commande naturelle n'est pas à la portée de l'individu par suite notamment d'un accident ou d'une paralysie locale. La batterie d'accumulateurs 7, de préférence composée par un empilage d'éléments ou cellules identiques montés en série, est d'un type susceptible d'être rechargé électriquement par simple application à ses bornes d'une tension électrique, de préférence continue. Sa puissance est suffisante pour alimenter un stimulateur consommant une énergie relativement élevée elle est en général comprise entre 0,01 et 5 Watts, et capable de délivrer une tension comprise entre 1 et 12 Volts. L'implantation d'une telle batterie rechargeable 7 est rendue possible du fait qu'une telle source est maintenant disponible sous une forme encapsulée de manière parfaitement étanche et robuste, et donc biocompatible : une telle encapsulation permet en effet d'éliminer tout risque de transfert, entre la batterie et l'organisme 1, des produits toxiques de charge et de décharge de ladite batterie. Les progrès qui ont été accomplis ces derniers temps dans le domaine des implantations cardiaques et autres ont montré qu'il était possible de donner à une telle batterie implantée un poids et un encombrement relativement élevés, les surépaisseurs ou autres modifications d'apparence locale de la peau 2 qui en résultent pouvant être situées dans des zones, de l'organisme 1, faciles à cacher normalement par des vêtements. Le recours à une telle batterie implantée rechargeable 7 pour l'alimentation électrique de la stimulation présente de nombreux avantages et en particulier les suivants - il supprime l'obligation pour l'individu concerné de changer chirurgicalement à un rythme élevé la source d'énergie électrique comme c'est le cas lorsque cette source est constituée par une simple pile non rechargeable, - et il supprime l'obligation pour l'individu de porter un système émetteur extérieur visible des tiers lors du fonctionnement du stimulateur implanté. Ces servitudes des formules précédentes sont ici remplacées par la simple exigence suivante : lorsque la charge de la batterie passe au-dessous d'un seuil prédéterminé, il convient de recharger celle-ci et cette recharge peut être très facilement effectuée au moment choisi par l'individu porteur de la batterie implantée par son simple rapprochement, pendant le temps nécessaire, de la seconde partie B comme il sera décrit plus en détail ci-après. La transmission de l'énergie de recharge de la batterie à partir de cette seconde partie B est de préférence effectuée par voie hertzienne en H, grâce à un couplage électromagnétique entre une antenne émettrice 8 comprise par ladite seconde partie B et une antenne réceptrice 9 implantée dans l'organisme I, chacune de ces deux antennes 8 et 9 pouvant également jouer le rôle inverse de celui -émetteur ou récepteur- indiqué cidessus pour rendre possibles les émissions de l'organisme vers la partie B, dont question plus loin. Le couplage électromagnétique peut être remplacé par un couplage inductif entre deux boucles accordables entre elles par simple rapprochement mutuel et comprises respectivement par les deux parties A et B, ou encore par une connexion électrique directe entre des conducteurs extérieurs d'amenée du courant de recharge, compris par la seconde partie B, et des conducteurs solides transcutanés (non représentés) portés à demeure par l'organisme 1 et traversant localement la peau 2. Cette dernière formule présente les inconvénients rappelés ci-dessus, mais elle peut être envisagée dans certains cas pour lesquels la stimulation considérée met en oeuvre une très forte consommation d'énergie électrique. L'antenne réceptrice 9 -ou la boucle ou le conducteur transcutané ci-dessus, s'il en est fait usagen'est pas directement liée à la batterie 7, mais à un processeur 10, de préférence du type des microprocesseurs, conçu pour gérer la recharge de cette batterie 7. Dans le cas préféré où la liaison hertzienne H est adoptée, cette liaison est effectuée sous la forme d'une onde électromagnétique modulée à une haute fréquence (comprise entre 10 kHz et 100 GHz) et l'on prévoit entre l'antenne réceptrice 9 et le processeur 10 un ensemble Il permettant de démoduler et de redresser l'onde captée par ladite antenne 9. La gestion de la recharge de la batterie comprend les différentes opérations suivantes - émission d'un signal d'alerte approprié dès que la charge de la batterie passe au-dessous d'un seuil prédéterminé, notamment en réponse à un signal d'interrogation approprié provenant de la partie B, - recharge effective de cette batterie lorsque la partie B émet vers elle l'énergie de recharge qui lui est destinée, ce qui peut mettre en oeuvre l'actionnement de certains commutateurs électroniques propres à remplacer un schéma de connexion de la batterie correspondant à son rôle de donneur d'énergie en un autre schéma pour lequel la batterie devient réceptrice d'énergie, - émission d'un signal mesurant la charge de la batterie, avec éventuellement commande de l'arrêt de la recharge lorsque la charge mesurée est considérée comme suffisante. C'est également le processeur 10 qui gère la stimulation elle-même, c'est-à-dire qui commande les excitations des électrodes 4 en fonction des valeurs détectées des paramètres P au niveau des électrodes 6. Le processeur 10 comprend en outre, de préférence, des moyens de commande qui sont programmables à partir de la seconde partie B et qui permettent d'agir sur au moins un circuit approprié 12 de traitement des signaux interposé entre lui et les électrodes 4 : cette programmation est schématisée par la flèche R sur la figure 1. Dans le cas de la liaison hertzienne H, la seconde partie B comprend, en plus de l'antenne émettrice 8: - un chargeur 13 de batterie propre à engendrer une onde porteuse à relativement haute fréquence, cette fréquence étant généralement comprise entre 10 kHz et 100 GHz, - une unité 14 d'isolement par rapport au secteur, - un conducteur 15 alimenté par le secteur à travers une prise de courant 16, - et un outil 17 permettant d'élaborer la programmation R ci-dessus du processeur implanté 10 et/ou du circuit de traitement 12 également implanté, cet outil comportant avantageusement un clavier de commande approprié 18 associé à un écran de visualisation 19. Parmi les missions attribuées à l'outil 17 on peut citer en outre la mise en marche et/ou l'arrêt de la stimulation, ledit arrêt pouvant également être commandé automatiquement après une durée de fonctionnement prédéterminée ou en fonction de tout autre critère désirable. Les signaux de programmation peuvent être ajoutés à l'onde porteuse ci-dessus dans un sommateur 20 avant l'application de cette onde sur l'antenne émettrice 8 et les différents circuits implantés 10-12 sont agencés de façon à détecter correctement ces signaux en vue de leur exploitation. Dans le cas où la liaison électrique entre les deux parties A et B est réalisée à l'aide de conducteurs solides directement connectés l'un à l'autre, on supprime ce qui concerne l'élaboration et la démodulation de l'onde porteuse à haute fréquence, la recharge de la batterie étant alors exécutée d'une manière plus conventionnelle. Lorsque la batterie 7 est correctement chargée, l'ensemble des éléments implantés dans l'organisme 1 peut fonctionner d'une façon autonome de la manière qui a été schématisée sur la figure 2 : le processeur 10 et les circuits de traitement 12 sont alimentés en courant électrique à partir de cette batterie 7 et assurent la stimulation des organes 5 à partir des données qui y sont enregistrées en fonction de l'évolution des paramètres P. Lorsque la batterie 7 est déchargée, ce qui peut être révélé à l'extérieur de l'organisme par des signaux d'alerte élaborés par le processeur 10, notamment en réponse à des signaux d'interrogation appropriés émis par l'outil 17, il suffit, pour assurer sa recharge, de brancher la partie B sur le secteur et de la rapprocher un temps suffisant de l'organisme I, de façon à coupler mutuellement les deux antennes 8 et 9. En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient un dispositif stimulateur dont la constitution, le fonctionnement et les avantages résultent suffisamment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour stimuler un organe naturel (5) compris par un organisme vivant (?), comprenant au moins un élément (4) consommateur d'énergie électrique implanté dans cet organisme, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, également implantée dans ledit organisme, une batterie d'accumulateurs (7) rechargeable par simple application à ses bornes d'une tension électrique et connectée, d'une part, audit élément (4) et, d'autre part, à un circuit de recharge rendant facile sa recharge à partir d'une source d'électricité (13) extérieure à l'organisme (1). 2. Dispositif selon la revendication#1, caractérisé en ce que le circuit de recharge comprend, en plus de la source d'électricité extérieure (13), des moyens de couplage électromagnétique essentiellement constitués par une antenne émettrice (8) extérieure à l'organisme (1) et une antenne réceptrice (9) implantée dans l'organisme. 3. Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que le circuit de recharge comprend, en plus de la source d'électricité extérieure (13), des moyens de couplage inductif essentiellement constitués par une boucle extérieure à l'organisme accordable sur une boucle implantée. dans l'organisme. 4. Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un processeur implanté (10) connecté à la batterie (7) et propre à gérer la recharge de cette batterie et la stimulation. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le processeur (10) est agencé de façon à élaborer un signal d'alerte quand la charge de la batterie (7) passe au-dessous d'un seuil prédéterminé et à transmettre ce signal à des moyens appropriés extérieurs à l'organisme. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le processeur (10) est connecté électriquement, d'une part, à au moins une électrode (4) liée à un un organe (5) à stimuler et, d'autre part, à au moins un capteur (6) d'informations (P) internes à l'organisme (1), dont la connaissance est utile pour gérer les stimulations dudit organe (5). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un outil (17) extérieur à l'organisme (I), propre à élaborer des signaux électriques de programmation du processeur (10) et à être connecté à ce processeur par les mêmes moyens que le circuit de recharge de la batterie. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les signaux de programmation comprennent des signaux propres à commander la mise en marche et/ou l'arrêt de la stimulation. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'énergie électrique de recharge de la batterie se présente sous la forme d'une onde porteuse pour certains au moins des signaux de programmation.