Brevet FR2698008A1 — publié le 19940520

DISPOSITIF MULTIFONCTION A ELECTRODES MULTIPLES ET UTILISATION DE CE DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif multifonction à électrodes multiples En particulier, elle concerne un dispositif multi- fonction à électrodes multiples destiné à un usage médical ainsi que l'utilisation d'un tel dispositif. On utilise la défibrillation pour dépolariser les fibres du muscle cardiaque au moyen d'un choc électrique important quand on essaie de rétablir un rythme cardiaque normal On applique typique- ment au patient un courant important, atteignant jusqu'à 50 ampères et plusieurs milliers de volts, en utilisant une onde sinusoïdale amortie d'une durée d'approximativement 5 à 10 ms ou bien une onde exponen- tielle tronquée d'une durée de 5 à 30 ms. Toute méthode d'électro-entraînement cardiaque externe stimule le coeur à intervalles réguliers pour permettre de réguler la fréquence cardiaque quand la fréquence cardiaque intrinsèque n'est pas suffisante Les stimulateurs cardiaques externes appliquent au patient des niveaux modérés de courant ( 50-200 m A) et de tension, en uti- lisant des impulsions de courant rectangulaires ou exponentielles tronquées ayant des durées de 10 à 40 ms. A cause de leurs conditions opératoires différentes, les élec- trodes pour la défibrillation cardiaque et pour la stimulation externe sont de conception différente Dans la stimulation externe par exem- ple, un problème majeur est qu'il y a une partie substantielle du cou- rant appliqué qui s'écoule dans le patient via les régions périphériques des électrodes plutôt que d'avoir une densité de courant uniforme sur la surface de l'électrode On appelle cela l'effet de périmètre et les fortes densités locales de courant au niveau de la périphérie peuvent résulter en des brûlures sérieuses de la peau et des douleurs cutanées au niveau des bords de l'électrode Pour garantir une répartition plus uniforme de la densité de courant et éviter ainsi, ou minimiser, les problèmes ci-dessus, on utilise des coussins de gel à haute résistance, relativement épais et larges. Toutefois, l'utilisation de coussins de gel à haute impédance résulte en des courants délivrés significativement plus faibles et peut donc limiter l'efficacité des tentatives de défibrillation cardiaque Le passage de forts courants à travers des impédances si élevées donne lieu à une augmentation significative de la température et peut s'accompagner d'une production d'étincelles qui, en présence de l'oxygène, est extrêmement dangereuse. La littérature rapporte des cas d'incendie lors de tentatives de réanimation Par conséquent, on utilise en général des coussins de gel à faible résistance dans les électrodes de défibrillation externe. Deux systèmes différents d'électrodes sont par conséquent utilisés en général pour la défibrillation cardiaque et pour la stimula- tion cardiaque externe Cela est loin d'être optimal puisque deux groupes d'électrodes peuvent être nécessaires pour un patient Une dis- position aussi fastidieuse aura également tendance à être relativement coûteuse. Dans la Demande de Brevet Américain N O 4776 350 (Grossman), il est divulgué une électrode comprenant deux éléments parallèles, en contact, électro-conducteurs Pour minimiser les concentrations de densité de courant autour du bord de l'électrode, le premier élément conducteur a une résistivité de surface bien inférieure à celle du second élément conducteur Les éléments conducteurs se composent d'un polymère conducteur comme du vinyle chargé au car- bone ou un matériau caoutchouc chargé au carbone Les résistivités des deux éléments conducteurs dépendent de l'application à laquelle est destinée l'électrode Ainsi, l'électrode peut être utilisée comme une électrode de stimulation cardiaque ou comme une électrode de défi- brillation cardiaque. Dans une disposition préférée de l'invention décrite dans le document US4776 350, le second élément conducteur comprend un stratifié fait d'une feuille de caoutchouc électro-conducteur intercalée entre deux couches de gomme adhésive conductrice La résistivité de surface de la couche de caoutchouc est supérieure à la résistivité de surface de chaque couche de gomme adhésive On pense que le courant tend à s'écouler préférentiellement à travers les régions de gomme adhésive médiocrement mélangée qui ont des concentrations plus élevées en substances conductrices On pense que l'incorporation d'une couche de caoutchouc de forte résistance entre des couches de gomme adhésive conductrices va réduire la tendance de cette forme de produc- tion de "point chaud" de courant Le courant doit encore s'écouler à travers la couche inférieure de gomme adhésive avec tous ces "points chauds" Les couches de gomme adhésive et les couches conductrices semblent avoir la même superficie. La disposition ci-dessus donne lieu à un dispositif d'électrode très résistif, potentiellement approprié à la stimulation cardiaque mais loin d'être optimal en tant qu'électrode de défibrillation. Dans le document "Electrodes and the measurement of bio- electric events", Goores, L A Wiley Interscience, New York, 1972, il est proposé une électrode à "anneau de protection" qui comprend une paire d'électrodes coplanaires isolées électriquement l'une de l'autre En gros, une électrode est située concentriquement par rapport à l'autre électrode On utilise l'électrode extérieure pour modifier la répartition de densité de courant de l'électrode intérieure Les deux électrodes fonctionnent au même potentiel pour permettre d'utiliser l'électrode la plus petite ou électrode intérieure pour la mesure du cou- rant L'électrode extérieure, connue comme électrode de protection, aide à fournir une répartition uniforme de la densité de courant autour du trajet principal du courant dans l'échantillon Le courant qui s'écou- le dans l'électrode de protection n'est pas mesuré Cependant, un in- convénient d'une telle disposition est que la densité de courant de l'électrode extérieure n'est pas uniforme et que par conséquent cette disposition d'électrodes n'a d'intérêt que si l'électrode intérieure est utilisée à des fins de mesure. Un objet de la présente invention est de surmonter ces problèmes- L'invention propose par conséquent un dispositif multifonc- tion à électrodes multiples qui comprend des première et seconde élec- trodes électro-conductrices, espacées l'une de l'autre en étant sensiblement parallèles, un premier coussin de gel placé entre les pre- mière et seconde électrodes, un second coussin de gel situé sur la se- conde électrode ou adjacent à celle-ci, le second coussin de gel étant dénudé ou dénudable pour réaliser un contact avec un patient, et un moyen pour établir une connexion électrique avec chacune des électrodes, ce qui fait que la première électrode et les premier et second coussins de gel peuvent fonctionner comme une électrode de stimulation cardiaque et que la seconde électrode et le second coussin de gel peuvent fonctionner comme une électrode de défibrillation cardiaque. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode préféré de réalisation, donné à titre d'exemple uniquement et en référence au dessin annexé qui est une vue en coupe d'une électrode conforme à l'invention. Si l'on se rapporte maintenant au dessin, on y voit représenté un dispositif multifonction 10 à électrodes multiples conforme à l'invention qui comprend une première électrode 1 ou plaque électro- conductrice et une seconde électrode 4 ou plaque électro-conductrice, les plaques 1 et 4 comportant des fils de connexion électrique respectifs 2 et 6 La plaque 1 est située sur un coussin de gel 3 de ré- sistivité électrique relativement élevée et la seconde plaque 4 est située sur la surface opposée du coussin de gel 3 Un coussin de gel 5 de résistivité électrique relativement faible recouvre la seconde plaque conductrice 4, noyant la plaque 4 à l'intérieur des deux coussins de gel 3 et 5 La première plaque 1 et la seconde plaque 4 sont disposées en étant espacées l'une de l'autre et sensiblement parallèles Des couches 7 et 8 de mousse adhésive de qualité médicale recouvrent et isolent électriquement la première plaque conductrice 1 et entourent également les bords des coussins de gel 3 et 5 Les couches 7 et 8 servent également à coller la structure complète de façon ferme sur un patient Le dessous du coussin de gel 5 réalise un contact physique et électrique avec le patient En dehors d'une utilisation, le dessous du coussin de gel 5 et de la couche de mousse qui l'entoure 8 sont proté- gés par une couche enlevable (non-représentée) La seconde plaque 4 et le coussin de gel 5 de faible impédance servent comme électrode de défibrillation Le bord extérieur de la seconde plaque 4 peut avoir une forme avec des indentations et/ou des saillies de façon à augmenter sensiblement la longueur du bord périphérique de la plaque 4 (par rap- port à une électrode carrée ou circulaire de même surface) et réduire ainsi la densité de courant périphérique La seconde plaque 4 peut comprendre une pluralité d'orifices ou une matrice d'orifices pour fa- voriser une répartition de la densité de courant plus uniforme On peut réaliser cela par exemple en répartissant les orifices de manière à fa- voriser une résistance électrique de la plaque 4 progressivement supé- rieure en direction de sa périphérie La plaque 1 peut aussi être formée de façon similaire pour favoriser une répartition plus uniforme de la densité de courant. La première plaque 1, le coussin de gel 3 à forte impédance et le coussin de gel 5 à faible impédance forment l'électrode de stimu- lation cardiaque La combinaison des deux coussins de gel 3 et 5 donne effectivement un coussin épais à forte résistance, idéal pour la stimulation A cause de l'épaisseur supplémentaire fournie par l'utilisation des deux coussins de gel 3 et 5 dans ce cas, le coussin de gel 3 n'a pas nécessairement besoin d'avoir une résistivité élevée par rapport à celle du coussin de gel 5. En mode stimulation, la seconde plaque 4 peut servir à répar- tir davantage les densités de courant dans tout le coussin de gel 5 et minimiser ainsi les "points chauds" de densité de courant Les orifices dans la seconde plaque 4 peuvent optimiser la répartition des densités de courant et, dans un mode de réalisation de l'invention, la partie centrale de la seconde plaque 4 peut être totalement retirée pour donner un dessin creux, en forme d'anneau La première plaque 1 peut aussi contenir une pluralité d'orifices pour aider à optimiser la réparti- tion de la densité de courant. Le coussin de gel 5 peut avoir une superficie plus importante que le coussin de gel 3 ou que la première plaque 1 afin d'aider à optimiser la répartition de la densité de courant. Pour éviter les problèmes de corrosion, les bords de la seconde plaque 4 peuvent être recouverts d'une couche isolante (non- représentée) La couche isolante peut recouvrir totalement ou partiellement le côté de la seconde plaque 4 qui vient en contact avec le coussin de gel 3 pour optimiser davantage la répartition de la densi- té de courant. On peut détecter les biosignaux comme l'électro-cardiogram- me en utilisant la première électrode ou plaque 1, la seconde électrode ou plaque 4, ou les deux Quand c'est nécessaire, le patient peut subir une défibrillation grâce à une impulsion appliquée via la seconde plaque 4 et le moyen de connexion 6 Quand c'est nécessaire, on peut stimuler extérieurement le patient par des impulsions appliquées via la première plaque 1 et le moyen de connexion 2 Passer d'un mode opératoire à un autre ne nécessite pas de retirer ni de remplacer un groupe ou deux groupes d'électrodes mais s'effectue simplement par exemple grâce à un commutateur se trouvant sur l'appareil de sur- veillance/défibrillation/stimulation. On peut utiliser les plaques 1 et 2 simultanément pour appli- quer soit un signal électrique (impulsion) de défibrillation soit un signal électrique (impulsion) de stimulation Le même signal électrique peut être appliqué aux deux plaques 1 et 4 ou bien on peut appliquer des signaux différents à chacune des plaques 1 et 4 Par exemple, en mode stimulation, on peut appliquer à la seconde plaque 4 une version modifiée de l'impulsion appliquée à la première plaque 1 afin d'optimiser la répartition de la densité de courant dans la peau du patient, minimisant ainsi le traumatisme causé au patient et maximi- sant l'efficacité de l'impulsion de stimulation Dans l'exemple ci- dessus, l'impulsion appliquée à la seconde plaque 4 peut différer en amplitude, polarité et/ou forme d'onde de celle appliquée à la première plaque 1. Dans la présente invention, la répartition de la densité de courant dans la peau du patient, due aux contributions des deux électrodes 1 et 4 est intéressante C'est pour cette raison que différentes impulsions peuvent être appliquées à chacune des plaques 1 et 4 L'impulsion appliquée à la seconde plaque 4 doit être suffisante pour modifier le champ électrique sous la première plaque 1 tout en évitant des densités de courant élevées sous la seconde plaque 4 La relation optimale entre les impulsions appliquées aux deux plaques 1 et 4 est fortement influencée par les dimensions relatives, les formes et les propriétés électriques des plaques conductrices 1 et 4 et des coussins de gel respectifs 3 et 5 ainsi que par les propriétés électriques de la peau et l'application particulière. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précis décrit qui peut subir des modifications considérables dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif multifonction à électrodes multiples qui com- prend des première et seconde électrodes ( 1, 4) électro-conductrices, caractérisé en ce que les première et seconde électrodes ( 1, 4) sont placées en étant espacées l'une de l'autre et sensiblement parallèles, un premier coussin de gel ( 3) est situé entre les première et seconde électrodes ( 1, 4), un second coussin de gel ( 5) est situé sur la seconde électrode ( 4) ou adjacent à elle, le second coussin de gel ( 5) étant dénudé ou dénudable pour réaliser un contact avec un patient, et des moyens ( 2, 6) existent pour réaliser une connexion électrique avec chacune des électrodes ( 1, 4), ce qui fait que la première électrode ( 1) et les premier et second coussins de gel ( 3, 5) peuvent fonctionner comme une électrode de stimulation cardiaque et que la seconde électrode ( 4) et le second coussin de gel ( 5) peuvent fonctionner com- me une électrode de défibrillation cardiaque. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier coussin de gel ( 3) a une résistivité plus élevée que le second coussin de gel ( 5). 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bords de la seconde électrode ( 4) sont recouverts d'une couche isolante. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche isolante recouvre également partiellement ou totalement la sur- face de la seconde électrode ( 4) en contact avec le premier coussin de gel ( 3). 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la seconde électrode ( 4) contient une pluralité d'orifices pour y favoriser une répartition plus uniforme de la densité de courant. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les orifices sont répartis pour fournir une résistance électrique de la seconde électrode ( 4) progressivement plus élevée en direction de sa périphérie. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la seconde électrode ( 4) est annulaire. 8 Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendi- cations, caractérisé en ce que la première électrode ( 1) inclut une pluralité d'orifices pour y favoriser une répartition plus uniforme de la densité de courant. 9 Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'une couche de mousse adhésive ( 7, 8) recouvre la première électrode ( 1) et les bords des premier et second coussins de gel ( 3, 5). Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'une couche protectrice recouvre de façon enlevable la seconde électrode ( 4) et la partie de la couche de mousse ( 8) qui l'entoure. 11 Dispositif selon l'une quelconque des précédentes reven- dications, caractérisé en ce que la superficie du second coussin de gel ( 5) est supérieure à celle du premier coussin de gel ( 3)_ 12 Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'existe un moyen pour permettre qu'un signal électrique soit appliqué à la seconde électrode afin de modifier la répartition de la densité de courant qui s'écoule depuis la première électrode. 13 Utilisation d'un dispositif tel que revendiqué dans l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce qu'un signal électrique est appliqué à la seconde électrode afin de modifier la répartition de la densité de courant qui s'écoule dans un patient à cause de la première électrode.