Brevet FR2742980A1 — publié le 19970704

COMPOSITIONS POUR ELECTRODES BIOMEDICALES A USAGE UNIQUE. La présente invention se rapporte à de nouvelles électrodes médicales. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à des électrodes biomédicales pour électroencéphalographe (EEG) et électrocardiographe (ECG), les deux pour des tests courants de diagnostic et pour enregistrement pendant le sommeil d'une personne. Comme on le sait l'appareil EEG est utilisé pour détecter et enregistre les ondes électriques du cerveau pour un diagnostic et un pronostic médicaux ultérieurs. L'EEG utilise des électrodes de surveillance qui sont attachées au cuir chevelu du patient de façon a transmettre les ondes électriques générées par le cerveau à un enregistreur. Généralement, I'électrode de l'EEG a la forme d'un petit disque qui est habituellement attaché au cuir chevelu au moyen d'une pâte d'argile bentonite qu'on a laissé durcir, ou d'adhésifs particuliers, utiles dans ce but. Un problème, pour lequel on a trouvé qu'il diminuait l'efficacité des électrodes d'EEG et d'EKG, est l'artefact créé par la couche supérieure séchée de la peau ou du cuir chevelu. Cette couche de peau ou de cuir chevelu agit comme un isolateur par rapport au courant électrique produit, empêchant ainsi une lecture précise du vrai courant électrique à mesurer. En conséquence, dans le cas du cerveau, afin d'obtenir une lecture précise, il a été nécessaire d'abraser la epidermus comeum pour réduire la résistance du cuir chevelu du patient à un niveau satisfaisant. Ce problème est présent aussi avec un électrocardiographe 2 2742980 (ECG), et spécialement dans le cas d'électrodes EEG quand la tension extrêmement faible générée par le cerveau demande une lecture très sensible. Les électrodes connues de l'homme de l'art, proposées pour surmonter le problème ci-dessus, étaient basées sur une structure combinée, incluant une partie support conductrice métallique ou autre à laquelle un fil électrique provenant de l'appareil respectif peut être relié. Un autre type d'électrodes est basé sur l'ajout d'un coussin ouvert, cellulaire, d'interface avec la peau, fixé à une partie support conductrice. Le coussin apparaît comme un matériau spongieux qui contient une solution électrolyte qui devrait augmenter la conductivité au travers de l'interface cuir chevelucoussin. Ainsi, dans le Brevet des Etats-Unis N 4 582 782 on décrit un adhésif conducteur sensible à la pression qui est appliqué directement en couche mince sur la surface d'une électrode sèche. Il est revendiqué que de cette façon, I'efficacité du contact électrique entre la peau et l'électrode est augmentée. Il y a été décrit aussi un adhésif non-conducteur sensible à la pression, dans lequel l'adhésif est appliqué à la périphérie d'une bioélectrode conductrice sèche, tel un chlorure argent/argent. L'électrode est attachée à la peau par pression, créant ainsi un contact électrique conducteur. Cependant, ce type d'électrode ne peut pas être utilisé sur le cuir chevelu portant des cheveux. Une des principales insuffisances des électrodes EEG connues est le fait qu'elles ne soient pas capables de maintenir une transmission électrique constamment efficace et effective pendant de longues périodes de temps sans qu'il y ait besoin d'ajouter une pâte, un gel ou une solution sur l'électrode. De plus ces électrodes doivent être maintenues sur le cuir chevelu par du ruban médical ou autre moyen de fixation comme des adhésifs particuliers. Cependant, lorsque les électrodes se détacheront du cuir chevelu, une interruption totale ou partielle du signal de transmission se produira. Aussi, le retrait de ces électrodes demande des solvants forts, comme de l'acétone, de l'éther ou de l'alcool qui causent une sensibilisation 0o de la peau et augmentent les problèmes de sécurité, en plus du besoin de retirer les résidus d'adhésif. De plus, préparer un patient, pendant son sommeil, pour appliquer une telle électrode, demande environ trente minutes, ce qui est relativement long, dans ce cas. Selon une amélioration plus récente dans le domaine de l'électrode pour EEG, une électrode composite, employant un ruban électroconducteur, est utilisé comme moyen d'interface avec le cuir chevelu. Le ruban possède un film d'adhésif sensible a la pression qui a été dopé par des particules électriquement conductrices, telles que de la poudre de carbone ou de la poudre d'argent. Ce dopage crée une transmission électrique non-uniforme à travers l'adhésif. Des électrodes biomédicales à usage unique étaient aussi proposées pour détecter et enregistrer des potentiels électriques biologiques ou physiologiques. Ces types d'électrodes sont caractérisés par un contact électrique amélioré avec la peau sur laquelle elles sont appliquées. La plupart de ces électrodes utilisent des compositions adhésives conductrices comme moyen d'adhérence et de maintien 4 2742980 de l'électrode à la bonne place. Généralement, les électrodes jetables sont pré-enduites de gel, le gel étant contenu dans une cavité remplie d'un élément semblable à l'éponge, poreux, conservant le gel. Le gel sert de facteur stabilisant pour l'adhésif en étant un humidificateur pour l'adhésif. La brève étude ci-dessus illustre clairement le besoin ressenti depuis longtemps d'une nouvelle composition pour une électrode de surveillance EEG ou ECG à usage unique qui réduira la résistance de la peau ou du cuir chevelu à un niveau satisfaisant et évitera les problèmes de sécurité encourus avec les électrodes connues. Un objet de la présente invention est de fournir un nouveau type d'électrode EEG ou ECG à usage unique. Un autre object de la présente invention est de fournir une composition électriquement conductrice, utilisable pour une électrode EEG et ECG à usage unique. L'invention est relative à une électrode à usage unique, fournissant un contact électrique avec le cuir chevelu ou la peau d'un patient au cours de tests courants EEG ou ECG, aussi bien qu'au cours de tests EEG en période de sommeil complet, dans le but d'enregistrer les ondes électriques de la peau ou du cerveau, qui comprend une composition électriquement conductrice, ayant une résistivité de volume comprise entre 1000 et 1500 ohms, agissant aussi comme un adhésif à la peau ou au cuir chevelu par ses propriétés de réhumidification, ladite composition comprenant: - un alcool polyvinylique partiellement hydrolysé; - un sel hautement hygroscopique; - un sel hautement électrolytique, et - une poudre métallique, choisie parmi l'aluminium, le bronze, et l'argent. On a trouvé que, par une sélection de ces constituants dans la composition, un équilibre correct est obtenu entre la conductivité de l'électrode et ses propriétés en tant qu'adhésif. Les résultats des électrodes conformes à la présente invention ont été trouvés identiques à ceux des électrodes connues sur le marché. L'électrode à usage unique, selon la présente invention, possède l'avantage de se fixer sur la peau ou sur le cuir chevelu dans un temps seulement de l'ordre de quelques secondes après la réhumidification de la surface de l'électrode, pour environ une ou deux minutes et ne demande aucun adhésif ni aucun solvant particulier pour retirer l'électrode de la peau ou du cuir chevelu. De plus, I'électrode ne nécessite pas d'être recouverte de tissu, comme c'est le 6 2742980 cas des électrodes EEG et ECG habituelles, collées sur la peau ou sur le cuir chevelu. Le principal composant trouve, selon la présente invention, pour communiquer les propriétés favorables à la composition pour l'électrode jetable, est un alcool polyvinylique hydrolyse jusqu'à au moins 82%. Comme on le sait, l'alcool polyvinylique se présente avec différents degrés d'hydrolyse. On a trouvé que les meilleurs résultats sont obtenus avec un alcool polyvinylique hydrolyse jusqu'entre 82 et 90%, capable de former des solutions hautement concentrées dans l'eau. Comme on le sait, les propriétés de chaque degré particulier l o10 dépendent, dans une mesure considérable, du poids moléculaire et des groupes acétyles résiduels. La quantité d'alcool polyvinylique hydrolyse dans la composition peut être choisie dans une large gamme entre 20% et 75% du poids, et de préférence entre 25% et 45%. L'alcool polyvinylique partiellement hydrolyse se comporte également comme un liant des autres composants, dû à ses propriétés de bonne capacité de pénétration et de bonne adhésion. Un agent antimousse peut être aussi ajouté, de façon à éviter la formation de mousse lorsque l'alcool polyvinylique est dissout dans l'eau, un agent préféré étant un mélange d'huile de paraffine et d'émulsifiants non-ioniques. Le sel hygroscopique peut être choisi parmi n'importe quels sels habituels possédant cette propriété, comme un chlorure de magnésium, et particulièrement dans sa forme hydratée, un chlorure de calcium, un chlorure d'aluminium, ou n'importe quel mélange de ceux-ci, aussi bien que des sels organiques, tels que des citrates ou des acétates alcalins, etc. Le sel préféré est le chlorure de magnésium dans ses formes hydratées. L'hygroscopicité du sel aide à maintenir l'eau dans la composition finale et régule aussi sa libération. La quantité de ce composant devrait être entre 3% et 35% du poids et de préférence entre 5% et 25%. L'introduction d'un électrolyte fort, comme le chlorure de sodium ou de potassium, dans une quantité entre 1% et 5% du poids, abaisse I'impédance de l'électrode, ce qui a aussi un effet bénéfique sur sa fonction. Le matériau électriquement conducteur peut être ajouté; ce matériau est généralement sous la forme de poudre, ayant de préférence une taille de particules dans la gamme entre 8 et 20 microns. En particulier, les métaux suivants sont préférables: aluminium, bronze et argent. La quantité de ce composant peut être choisie dans la gamme entre 1% et % en poids. En plus du retrait facile de l'électrode du cuir chevelu ou de la peau, I'électrode à usage unique selon la présente invention présente l'avantage de maintenir l'impedance à une valeur basse désirable, même après une période de six heures d'adhésion à la peau ou au cuir chevelu et ceci minimisera les artefacts de mouvement ou de bruit électrique, sans nécessiter aucun autre réactif généralement utilisé dans ce but, comme les gels. Selon un mode de réalisation, I'électrode, selon la présente invention, est connectée avec des fils conducteurs en fibre de carbone qui vont fournir des lignes de base stables. Ceci est le plus souhaitable puisque avec un fil métallique l'électrode générera des signaux avec une ligne de base instable, due au flux d'électrons entre le fil conducteur et l'élément métallique distribué dans la matrice de l'électrode. Bien sûr, on peut aussi concevoir de faire I'électrode avec un soutien, fabriqué en matériau plastique, comme de l'ABS recouvert de Ag/AgCI, pour être connecté à l'instrument par un matériau conducteur. On a trouvé que l'introduction, dans la composition de l'électrode, d'un agent thixotropique empêche la poudre métallique de se tasser, et améliore le courant aussi bien que le pouvoir d'adhésion de la composition et de l'électrode. Des exemples typiques de tels agents thixotropiques sont: des oxydes de silice calcinés, de la silice précipitée, et de la bentonite. On a trouvé que la qualité du signal produit par l'électrode, aussi bien que son adhésion à la peau ou au cuir chevelu étaient les meilleurs après un court séchage, de l'ordre de 10 à 15 jours après la coulée de la composition dans le moule, cette période pouvant être diminuée de façon significative en effectuant le dit séchage à une température élevée. La configuration de l'électrode n'est pas critique et peut être variée dans le cadre des connaissances de l'homme de l'art, mais les électrodes cylindriques d'un diamètre dans la gamme de 4mm à 10mm, fabriquées dans un moule unique, se sont avérées produire les meilleurs signaux à l'usage. 9 2742980 Bien que l'invention soit décrite ci-après, dans les exemples suivants, en relation avec certains modes de réalisation préférés, il n'y a aucune intention de limiter l'invention à ces seuls modes de réalisation particuliers. Au contraire, il est prévu de couvrir toutes les alternatives, modifications, et équivalents qui peuvent être inclus dans la portée de l'invention, telle que couverte par les revendications en annexe. Ainsi, les exemples suivants qui incluent des modes de réalisation préférés serviront uniquement à illustrer l'usage de l'invention, étant entendu que les cas particuliers montrés le sont à titre d'exemple et dans le but d'illustrer la discussion portant sur les modes de réalisation préférés de la présente invention. Dans les exemples suivants, les quantités sont exprimées en unités de poids (ou en parties), sauf lorsque le contraire est indiqué. Exemple 1. Les composants suivants ont été introduits dans un récipient: parties d'eau; - 25 parties de chlorure de magnésium hexahydrate; - 5 parties de chlorure de sodium, et - 0,3 parties d'un mélange d'émulsifiant non-ionique (comme produit par Munzing Chemie Gmbh, Marque Déposée AGITAN 305). La solution résultante a été homogénéisée en l'agitant, puis une quantité de 60 parties d'alcool polyvinylique hydrolisé (83%, produite par Hoechst " Mowiol l0 o 2742980 3-83 ", Marque Déposée) a été ajoutée. Le mélange est chauffé graduellement à une température d'environ 90 C, jusqu'à ce que tout l'alcool polyvinylique soit dissout. Au mélange résultant, on a ajouté une quantité de 8 parties de poudre d'aluminium ayant une taille d'environ 15 microns (produite par Alcan, France), suivie de 4 parties de dioxyde de silice calciné produite par Cabot Corp., en tant qu'agent thixotropique. Le mélange résultant a été versé dans un moule contenant des fils électriques de carbone. L'eau présente a été évaporée par chauffage à environ 70 C, jusqu'à ce que le contenu atteigne 65 % à 70% du contenu d'origine, la résistivité de volume étant de 1250 ohms. Les résultats de l'électrode produite ont été testés sur le cuir chevelu d'une personne, et les signaux EEG ont été trouvés en grande partie les mêmes que ceux obtenus avec une électrode standard. Exemple 2. Les composants suivants ont été introduits dans un récipient: - 51,3 parties d'eau;et - 11,5 parties de chlorure de magnésium hexahydrate; La solution résultante a été homogénéisée en l'agitant, puis une quantité de ,8 parties d'alcool polyvinylique hydrolisé (85%, produite par Hoechst " Mowiol 3-85 ", Marque Déposée) a été ajoutée. Le mélange a été chauffé Ill graduellement à une température d'environ 80 C, jusqu'à ce que tout l'alcool polyvinylique soit dissout. Au mélange résultant, on a ajouté une quantité de 4,3 parties de poudre d'aluminium (la même que pour l'exemple 1), suivie de 2,1 parties de dioxyde de silice calciné, en tant qu'agent thixotropique, (produite par Cabot Corp). Le mélange résultant a été versé dans un moule contenant des fils conducteurs en fibres de carbone. L'eau présente a été évaporée par chauffage à environ 70 C, jusqu'à ce que le contenu atteigne 70% du contenu d'origine. o La résistivité de volume était de 1195 ohms. Les résultats de l'électrode produite ont été testés sur le cuir chevelu d'une personne, et les signaux EEG ont été trouvés en grande partie les mêmes que ceux obtenus avec une électrode standard. Exemple 3. Les composants suivants ont été introduits dans un récipient: parties d'eau; - 21 parties de chlorure de magnésium hexahydrate;et - 6 parties de chlorure de sodium, et La solution résultante a été homogénéisée en l'agitant, puis une quantité de 60 parties d'alcool polyvinylique hydrolisé a été ajoutée. Le mélange est chauffé graduellement à une température d'environ 90 C, jusqu'à ce que tout l'alcool polyvinylique soit dissout. Le mélange résultant a été versé dans un moule cylindrique fabriqué en matériau plastique (ABS) recouvert d'argent/chlorure d'argent. L'eau présente a été évaporée par chauffage à environ 50 C-60 C, jusqu'à ce que le contenu atteigne 50-60% du contenu d'origine. La résistivité de volume de la composition était de 1200 ohms. Les résultats de l'électrode produite ont été testés sur le cuir chevelu d'une personne, et les signaux EEG ont été trouvés en grande partie les mêmes que ceux obtenus avec une électrode standard. REVENDICATIONS 1. Une électrode à usage unique, qui permet un contact électrique avec le cuir chevelu ou la peau d'un patient, pendant le sommeil, dans le but d'enregistrer des ondes électriques ou des ondes du cerveau, qui comprend une composition électriquement conductrice, ayant une résistivité de volume comprise entre 1000 et 1500 ohms, ladite composition, agissant aussi comme un adhésif à la peau ou au cuir chevelu, par ses propriétés de réhumidification, qui comprend: - un alcool polyvinylique hydrolysé jusqu'à au moins 82%; - un sel hautement hygroscopique; - un sel hautement électrolytique; - un matériau électriquement conducteur, notamment sous forme de poudre métallique; et - un composé ayant la propriété d'empêcher le tassement de la poudre métallique, contrôlant ainsi les propriétés du courant de la composition conductrice. 2. L'électrode à usage unique, selon la revendication 1, dans laquelle ledit alcool polyvinylique est hydrolysé jusqu'entre 82% et %. 3. L'électrode à usage unique, selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la poudre métallique est choisie parmi l'aluminium, le bronze et l'argent. 4. L'électrode à usage unique, selon les revendications 1 et 2, dans laquelle la quantité d'alcool polyvinylique hydrolysé de ladite composition, est dans une gamme entre 20% et 75% de poids. 5. L'électrode à usage unique, selon les revendications 1 à 4, dans laquelle un composé antimousse est aussi inclus. 6. L'électrode à usage unique, selon la revendication 1, dans laquelle ledit sel hautement hygroscopique est choisi parmi un chlorure de magnésium hydraté, un chlorure de calcium, un chlorure d'aluminium, ou n'importe quel mélange de ceux-ci. 7. L'électrode à usage unique, selon la revendication 6, dans laquelle la quantité dudit sel hautement hygroscopique est dans une gamme entre 3% et 35% du poids de la composition. 8. L'électrode à usage unique, selon la revendication 3, dans laquelle la quantité de ladite poudre métallique est dans une gamme entre 1% et 10% du poids de la composition. 9. L'électrode à usage unique, selon la revendication 1, dans laquelle la dite électrode est connectée par des fils conducteurs en fibres de carbone. 10. L'électrode à usage unique, selon les revendications 1 à 9, dans laquelle ladite composition, contient un agent thixotropique qui empêche le tassement de la poudre métallique améliorant ainsi le pouvoir d'adhésion de la composition. 11. L'électrode à usage unique, selon la revendication 10, dans laquelle ledit agent thixotropique est choisi parmi des oxydes de silice calcinés, de l'oxyde de silice précipité, et de la bentonite. 12. L'électrode à usage unique, selon les revendications 1 à 11, dans laquelle un composé antimousse est ajouté. o10 13. L'électrode à usage unique, selon la revendication 12, dans laquelle ledit composé antimousse est choisi à partir d'un mélange d'huile de paraffine et d'émulsifiants non-ioniques.