Brevet FR2650958A1 — publié le 19910222

La présente invention concerne un système de traitement cardiaque implantable de type défibrillateur/ stimulateur combiné, utilisant un interrupteur de conduc- teur d'électrode ponctuelle de stimulateur pour la protec- tion des circuits électroniques pendant la défibrillation à haute énergie. Une structure d'un défibrillateur/stimulateur implantable combiné comprend une électrode ponctuelle de stimulation bipolaire qui est montée sur le coeur et deux électrodes à surface étendue qui sont montées sur le coeur ou autour de celui-ci pour la défibrillation du coeur. Les deux électrodes à surface étendue peuvent être appelées respectivement électrode à surface étendue de défibrilla- tion et électrode à surface étendue commune. Dans une telle configuration, le chemin de conduction de sortie de stimu- lation s'étend de l'électrode ponctuelle de stimulation bipolaire vers l'électrode à surface étendue commune. Le chemin de conduction de défibrillation s'étend de l'élec- trode à surface étendue de défibrillation vers l'électrode à surface étendue commune. On rencontre avec cette configu- ration un problème qui consiste en ce que pendant la défi- brillation à haute tension, l'électrode ponctuelle de sti- mulation se comporte comme une sonde et achemine vers l'en- trée du dispositif implantable la haute tension qui est appliquée pendant la défibrillation. Cette haute tension détruirait normalement le dispositif implantable. Un moyen pour éviter que ceci ne se produise consiste à placer entre l'électrode ponctuelle de stimulation et le chemin de re- tour commun une diode dont l'anode est connectée à l'élec- trode ponctuelle de stimulation et dont la cathode est con- nectée à l'électrode commune. Cette diode limite le poten- tiel élevé qui apparaît sur l'électrode ponctuelle de sti- mulation et il protège le dispositif contre la haute ten- sion pendant la défibrillation. Cette diode crée cependant un problème supplémentaire. En plaçant la diode entre l'électrode ponctuelle de stimulation et le chemin de retour commun, on crée un chemin de conduction de courant qui part de l'électrode à surface étendue de défibrillation à haute tension, pour atteindre le chemin de retour commun en passant par le coeur, l'électrode ponctuelle de stimulation et la diode. Ce courant peut s'élever jusqu'à 4 A, ce qui est suffisant pour brûler le tissu myocardiaque à l'interface avec l'électrode ponctuelle de stimulation, ainsi que pour aug- menter les seuils de stimulation. Une solution consiste à interrompre ce chemin de conduction de courant en plaçant une résistance de valeur élevée en série avec le conducteur d'électrode ponctuelle de stimulation, pour limiter le courant dans ce dernier. Cependant, du fait que l'unité implantable est également utilisée en stimulateur, une telle résistance de valeur élevée atténue l'amplitude de l'impulsion de stimulation jusqu'à un niveau faible tel que la stimulation du coeur devient pratiquement impossible sans augmenter considéra- blement les exigences d'énergie d'entrée. Un but principal de la présente invention est de résoudre les problèmes indiqués ci-dessus et de produrer un défibrillateur/stimulateur implantable combiné, capable de fournir efficacement à la fois une impulsion de défibrilla- tion et des impulsions de stimulation, sans le risque de destruction du dispositif implantable ou d'endommagement du tissu myocardiaque, résultant de l'existence d'un chemin de conduction de courant allant de l'électrode ponctuelle de stimulation vers le chemin de retour commun, en traversant le coeur, pendant la défibrillation. Un but supplémentaire de ia présente invention est d'introduire dans le conducteur d'électrode ponctuelle de stimulation un interrupteur permettant à une unité de défibrillateur/stimulateur implantable combiné d'effectuer la stimulation en débitant sur une impédance basse, mais empêchant également la circulation de tout courant dans le - conducteur d'électrode ponctuelle de stimulation pendant une impulsion de défibrillation qui est fournie de façon interne. Un autre but supplémentaire de la présente inven- tion est d'introduire dans le conducteur d'électrode ponc- tuelle de stimulation un interrupteur qui limite le courant - circulant dans le conducteur d'électrode ponctuelle de sti- mulation pendant une impulsion de défibrillation fournie de façon externe. Les buts et avantages de la présente invention indiqués ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement en se référant à la description qui suit, con- jointement aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique d'un système de défibrillateur/stimulateur implantable com- biné comprenant un interrupteur commandé dans le conducteur de stimulation, conformément à la présente invention. La figure 2 est un schéma qui illustre l'inter- rupteur dans le conducteur d'électrode ponctuelle de stimu- lation de la présente invention. En considérant tout d'abord la figure 1, on voit une représentation d'un système de défibrillation/stimula- teur combiné qui comprend une section de défibrillation 10 connectée à une électrode de défibrillation 12 montée sur le coeur ou autour de celui-ci, et à une électrode à surfa- ce étendue commune 16 qui est montée sur le coeur ou autour de celui-ci. Il existe en outre une section de stimulateur 18 qui est connectée à une électrode ponctuelle de stimula- tion 20 montée sur le coeur ou autour de celui-ci, par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé 22. L'interrup- teur 22 est commandé par un ensemble de signaux de comman- de, qu'on décrira ci-après de façon plus détaillée. Une unité de commande 24 commande la section de défibrillation 10 et la section de stimulateur 18. L'unité de commande 24 peut comprendre un amplificateur pour élec- trocardiographe (ECG) et d'autres dispositifs d'analyse d'ECG pour déterminer le type de traitement à appliquer au coeur. L'électrode ponctuelle de stimulation 20 peut de façon caractéristique détecter l'activité cardiaque du coeur et fournir cette information détectée à l'unité de commande 24. La section de stimulateur 18 est connectée à l'électrode ponctuelle de stimulation 20 par l'intermédiai- re d'un conducteur 26. L'interrupteur 22 est monté de façon caractéristique dans le conducteur 26, entre la section de stimulateur 18 et l'électrode ponctuelle de stimulation 20. L'interrupteur 22 est commandé par les signaux de commande de façon à s'ouvrir ou se fermer, pour établir ainsi sélectivement un chemin de circulation du courant de l'électrode ponctuelle de stimulation 20 vers la section de stimulateur 18. La figure 2 montre un schéma électrique dans le- quel on utilise des signaux de commande spécifiques pour commander l'interrupteur 22. Ces signaux de commande com- prennent les signaux STIMULATION, RECHARGE, TERMINAISON, DECHARGE, ATTAQUE et BLOCAGE. Comme mentionné ci-dessus, l'interrupteur 22 doit être ouvert lorsqu'une impulsion de défibrillation est appliquée au coeur, afin que l'impulsion de défibrillation à haute énergie ne soit pas captée par l'électrode ponctuelle de stimulation 20 et acheminée vers la section de stimulateur 18. Au contraire, l'interrupteur 22 doit se fermer lorsqu'une impulsion de stimulation est appliquée au coeur par l'intermédiaire de l'électrode ponc- tuelle de stimulation 20. Sur la figure 2, le transistor Ql, qui est représenté sous la forme d'un transistor MOS, est connecté dans le conducteur 26 entre l'électrode ponc- tuelle de stimulation 20 et la section de stimulateur 18. Le transistor Q1 est bloqué et débloqué sélectivement pour ouvrir et fermer respectivement le conducteur 26. Les signaux STIMULATION et RECHARGE déclenchent le transistor Q1 pour le débloquer et établir ainsi un che- min de conduction entre la section de stimulateur 18 et l'électrode ponctuelle de stimulation 20. Le transistor Q1 est bloqué au repos, ce qui fait que le conducteur 26 est ouvert au repos. Le condensateur Cl qui est connecté à la grille du transistor Q1 est chargé à 6 volts par l'intermé- diaire de la diode D1 et de la résistance R1. La résistance R1 est connectée à une alimentation négative de 6 volts. Pour débloquer le transistor Q1, lorsque les signaux STIMU- LATION ou RECHARCHE sont à l'état haut, le transistor MOS à canal P Q3 est activé par la porte NON-OU 30, pour élever le condensateur Cl1à 6 volts au-dessus de la masse. Ceci impose une tension positive de 6 volts sur la grille du transistor Q1. Pendant la stimulation, la source du tran- sistor Q1 est négative par rapport à la masse. Au conitrai- re, pendant la recharge, la source du transistor Q1 est à moins de 3 volts au-dessus de la masse. Il en résulte que lorsque la grille du transistor Q1 estrmaintenue à une ten- sion positive de 6 volts par le condensateur Ci, la tension grille-source du transistor Q1 est supérieure à son seuil, ce qui débloque le transistor Q1. Avec le'transistor Q1 à l'état débloqué, le courant de stimulation ou de recharge peut circuler dans le conducteur 26 vers l'électrode ponc- tuelle 20. Pendant la défibrillation, le transistor Q1 est maintenu dans son état bloqué pour empêcher qu'un courant ne circule dans le conducteur 26. Les signaux ATTAQUE et BLOCAGE sont à l'état haut pendant le mode de charge du condensateur et la défibrillation. Ces signaux débloquent le transistor MOS Q2 après le passage à travers plusieurs portes logiques numériques. Plus précisément, le signal ATTAQUE est appliqué par l'intermédiaire d'un inverseur 32 à l'entrée d'horloge d'une bascule de type D 34. Le signal de sortie de la bascule 34 est appliqué à une porte NON-ET 36. Le signal BLOCAGE est également appliqué à la porte NON-ET 36 par l'intermédiaire d'un inverseur 38. Le signal de sortie de la porte NON-ET 36 est appliqué à la grille du transistor Q2 par l'intermédiaire d'un inverseur 40. Lors- que les signaux ATTAQUE et BLOCAGE sont détectés, le tran- sistor Q2 est débloqué, ce qui a pour effet de maintenir la grille du transistor Q1 à un niveau d'une chute de tension de diode au-dessous de la masse. Lorsque le potentiel de l'électrode ponctuelle augmente par rapport à l'électrode commune pendant la défibrillation, la source et le drain du transistor Q1 deviennent positifs. La source tente de sui- vre le drain, mais lorsque la source dépasse la chute de tension de la diode zener Z1, elle est maintenue à un ni- veau d'une chute de tension de diode au-dessus de la masse. Du fait que la grille du transistor Q1 est maintenue à une chute de tension de diode au-dessous de la masse, la ten- sion grille-source n'est pas suffisante pour débloquer le transistor Q1. Le transistor reste donc bloqué et aucun courant ne circule dans le conducteur 26. Le transistor Q1 est conçu pour supporter de façon caractéristique au moins 800 volts avant le claquage. Pour ramener le transistor Q1 dans sont état de repos bloqué, les signaux TERMINAISON et DECHARGE sont dé- tectés par l'intermédiaire de la porte NON-ET 42 qui est connectée à l'entrée de restauration de la bascule 34 par l'intermédiaire d'un inverseur 44. Le signal STIMULATION est également appliqué à une entrée de la porte NON-ET 42 par l'intermédiaire d'un inverseur 46. Lorsque la combinai- son appropriée des signaux TERMINAISON, STIMULATION et DECHARGE est détectée, le transistor est restauré dans son état de repos bloqué. Si une impulsion de défibrillation externe est appliquée au patient, la source du transistor Q1 est main- tenue à un niveau d'une chute de tension de diode au-dessus de la masse, ce qui fait que le transistor Q1 se bloque automatiquement pour les raisons indiquées ci-dessus. Ainsi, pendant la défibrillation externe, la grille du transistor Q1 est à un niveau d'une chute de tension de diode au-dessous de la masse. Lorsque le potentiel de l'électrode ponctuelle s'élève par rapport à celui de l'électrode commune pendant la défibrillation externe, la source suit le drain. La diode zener Zl maintient la source du transistor Q1 à un niveau d'une chute de tension de diode au-dessus de la masse, ce qui empêche le déblocage du transistor Q1. Dans ces conditions, le potentiel de la grille est inférieur au seuil et par conséquent le transis- tor Q1 est bloqué et aucun courant ne circule dans l'élec- trode ponctuelle de stimulation. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système pour effectuer à là fois une stimila- tion et une défibrillation cardiaques, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de défibrillation (10) qui sont destinés à produire une impulsion de défibrillation; une électrode de défibrillation (12) connectée aux moyens de défibrillation pour appliquer l'impulsion de défibrillation au coeur d'un patient; des moyens de stimulation (18) qui sont destinés à produire des impulsions de stimulation; une électrode de stimulation (20) pour appliquer les impulsions de stimulation au coeur d'un patient; un interrupteur (22) connecté entre l'électrode de stimulation (20) et les moyens de stimulation (18), et capable de prendre des pre- mier et second états; et des moyens de commande d'interrup- teur qui sont destinés à actionner l'interrupteur (22) pour qu'il prenne le premier état, ce qui a pour effet d'établir un chemin de conduction entre les moyens de stimulation (18) et l'électrode-de stimulation (20) pour appliquer les impulsions de stimulation au coeur, et à actionner l'in- terrupteur (22) pour qu'il prenne le second état de façon qu'aucun chemin de conduction n'existe entre les moyens de stimulation (18) et l'électrode de stimulation (20); 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande d'interrupteur réagissent à un premier ensemble de signaux de commande en plaçant l'interrupteur (22) dans le premier état, et ils réagissent à un second ensemble de signaux de commande en plaçant l'interrupteur (22) dans le second état. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur (22) est un transistor à effet de champ MOS (Q1). 4. Interrupteur prévu pour être placé dans un conducteur de stimulateur (22), entre un générateur d'im- pulsions de stimulation (18) et une électrode ponctuelle de stimulation (20) d'un stimulateur/défibrillateur cardiaque implantable combiné, caractérisé en ce qu'il est actionné par des moyens de commande d'interrupteur pour, d'une part, s'ouvrir pendant la défibrillation, de façon à isoler le dispositif implantable vis-à-vis d'une impulsion de défi- brillation à haute tension qui est appliquée au coeur, et pour, d'autre part, se fermer de façon à établir un chemin de conduction à basse impédance du générateur d'impulsions de stimulation (18) vers l'électrode ponctuelle de stimula- tion (20), pour stimuler le coeur. 5. Système de stimulateur/défibrillateur cardia- que implantable combiné, comprenant un générateur d'impul- sions de stimulation (18) qui est connecté par l'intermé- diaire d'un conducteur de stimulateur (26) à une électrode ponctuelle de stimulation implantée (20), un générateur d'impulsions de défibrillation (10) connecté à une électro- de de défibrillation implantée (12), et un interrupteur (22) connecté dans le conducteur de stimulateur (26), entre le générateur d'impulsions de stimulation (18) et l'élec- trode ponctuelle de stimulation (20), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande d'interrupteur qui sont destinés à ouvrir et à fermer sélectivement l'inter- rupteur (22). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'interrupteur (22) est un transistor à effet de champ MOS (Q1). 7. Système prévu à la fois pour la stimulation et la défibrillation cardiaques, caractérisé en ce qu'il com- prend: un générateur d'impulsions de défibrillation (10) destiné à produire une forme d'onde de défibrillation; un générateur d'impulsions de stimulation (18) destiné'à pro- duire des impulsions de stimulation; des moyens d'analyse d'électrocardiogramme (ou ECG), destinés à analyser i'ECG du coeur et à actionner le générateur d'impulsions de sti- mulation (18) de façon qu'il émette des impulsions de sti- mulation, ou à actionner le générateur d'impulsions de dé- fibrillation (10) de façon qu'il émette La forme d'onde de défibrillation; des première et seconde électrodes de défi- brillation (22, 16) montées sur le coeur ou autour de celui-ci, et connectées au générateur d'impulsions de défi- brillation (10) pour appliquer la forme d'onde de défibril- lation au coeur; une électrode de stimulation (20) montée sur le coeur ou autour de celui-ci et connectée au généra- teur d'impulsions de stimulation (18) pour appliquer les impulsions de stimulation au coeur; un conducteur de stimu- lation (26) connectant le générateur d'impulsions de stimu- lation (18) à l'électrode de stimulation (20); un interrup- teur à transistor à effet de champ MOS (22, Q1) connecté dans le conducteur de stimulation (26) pour ouvrir et fer- mer sélectivement ce conducteur; et un circuit de commande d'interrupteur destiné à actionner l'interrupteur à tran- sistor (22, Ql) pour le fermer pendant la stimulation pour établir un chemin de conduction dans le conducteur de sti- mulation (26), du générateur d'impulsions de stimulation (18) vers l'électrode de stimulation (20), et à actionner l'interrupteur à transistor (22, Q1) de façon à l'ouvrir pendant la défibrillation, afin d'isoler électriquement le générateur d'impulsions de stimulation (18), le générateur d'impulsions de défibrillation (10) et les moyens d'analyse d'ECG par rapport au coeur.