Brevet FR2796293A1 — publié le 20010119

L'invention concerne des moyens pour stimuler un tissu pouvant être excité électriquement. Plus particulièrement, l'invention concerne des moyens pour ajuster le lieu au niveau duquel des fibres nerveuses sont activées dans un tel tissu. Il est admis d'une manière générale que lors de la stimulation de la moelle épinière (SCS) pour gérer la douleur, la zone douloureuse doit être couverte complètement par des paresthésies induites par des stimuli. Ceci implique que le champ électrique induit par un stimulus doit activer les parties de la colonne dorsale, qui correspondent aux dermatomes douloureux, en provoquant des paresthésies dans ces zones. Tous les dermatomes sont représentés par leurs fibres des colonnes dorsales d'une manière ordonnée à partir de la médiale, au niveau de laquelle les dermatomes les plus sacraux sont représentés, en direction des côtés gauche et droit, où un nombre de plus en plus grand de dermatomes rostraux sont représentés respectivement pour les côtés gauche et droit du corps. Par conséquent, le champ électrique appliqué au niveau correct de la colonne rostro-caudale doit être focalisé sur la région médiolatérale correcte des colonnes dorsales. En plus de la focalisation médiolatérale (guidage de champ), l'étendue médiolatérale de la population de fibres activées doit être suffisamment grande pour couvrir tous les dermatomes douloureux, ce qui est particulièrement important dans le cas de configurations de douleurs complexes. Le procédé actuel pour focaliser la stimulation sur les dermatomes appropriés consiste à implanter deux réseaux d'électrodes percutanés (fils) en parallèle dans l'espace épidural dorsal et de sélectionner la combinaison d'électrodes raccordées en tant qu'anode ou cathode, qui fournit la meilleure couverture de la topographie de la douleur avec une paresthésie. Etant donné qu'une configura- tion de douleurs complexe n'est en général pas couverte par une seule combinaison, on utilise deux ou plus de deux combinaisons activées séquentiellement pour obtenir des paresthésies complémentaires du point de vue spatial [1], [2]. En raison des nombres élevés de combinaisons d'électrodes devant être testées, ce procédé empirique prend beaucoup de temps. En outre, il ne conduit pas nécessairement à une couverture complète de la zone douloureuse étant donné que seul un petit nombre de combinaisons, fournissant des configurations de paresthésie distinctes, est approprié. Un moyen plus sophistiqué pour obtenir une couverture optimale de la zone douloureuse (étendue) et est d'utiliser un fil tripolaire transversal alimenté par un générateur d'impulsions à deux canaux, qui fournit des impulsions simultanées ayant un rapport de tension variable à des anodes paramédianes de gauche et de droite et à une cathode médiane commune. Ce système breveté [3] permet à la fois un guidage presque continu du champ dans un plan transversal et la suppression d'une stimulation des racines dorsales (c'est-à-dire une stimulation préférentielle des colonnes dorsales), ce qui accroît le seuil d'inconfort et par conséquent la fenêtre d'amplitude thérapeutique, en conduisant à un accroissement de la zone des colonnes dorsales, qui peut être activée [4] - [6]. Ce système permet des corrections de la paresthésie après l'implantation sans chirurgie additionnelle, mais requiert une chirurgie étendue (une laminotomie) pour sa mise en place. La gamme thérapeutique d'amplitudes et par conséquent la couverture de paresthésie peuvent par conséquent être accrues lorsqu'on utilise, à la place de fils SCS disponibles actuellement, un réseau longitudinal d'électrodes ayant de faibles longueurs et de faibles espacements, d'une manière bipolaire ou tripolaire (cathode centrale) [5], [7]. En tenant compte du courant accru nécessaire pour stimuler les colonnes dorsales lorsque l'espacement entre les électrodes est réduit, il a été proposé [8] une longueur optimale des électrodes de 1,5 mm et un espacement optimum des électrodes de 2,0-2,5 mm. La présente invention décrite ici permet une commande du champ transversal au moyen d'un générateur d'impulsions à deux canaux, qui délivre des impulsions simultanées et deux réseaux d'électrodes en parallèle. En outre, l'invention tire parti de la stimulation préférentielle des colonnes dorsales dans le cas de l'utilisation de systèmes bipolaires ou tripolaires longitudinaux étroits. Grâce à ce procédé, on peut appliquer le principe du guidage du champ transversal au système SCS (par exemple avec deux fils percutanés disposés longitudinalement à une distance réciproque de 2-3 mm, ou un seul fil avec deux réseaux en parallèle), et dans différentes structures neurales également (par exemple dans la stimulation profonde du cerveau, la stimulation corticale, la stimulation des nerfs périphériques). Documents de référence [1] Alo K. M. et al. "Computer assisted and patient inter- active programming of dual octrode spinal cord stimu- lation in the treatment of chronic pain". Neuromodula- tion, 1 :30-45, 1998,[2] Devulder J., De Laat M., Rolly G. "Dual channel elec- trostimulation in pain". Acta neurol belg, 98 : 195- 198,1998. [3] Holsheimer J., Struijk J.J. "Multichannel apparatus for epidural spinal cord stimulation". Brevet US N 5 501 703, date : Mars 1996. [4] Struijk J. J., Holsheimer J. "Transverse tripolar spi- nal cord stimulation : theoretical performance of a dual channel system. Med & Biol Eng & Comput. 34 : 273- 279,1996. [5] Holsheimer J. "Effectiveness of spinal cord stimula- tion in the management of chronic pain: analysis of technical drawbacks and solutions" Neurosurgery, 40: 990-996,1997. [6] Holsheimer J. et al. "Clinical evaluation of paresthe- sias steering with a new system for spinal cord stimu- lation". Neurosurgy, 42 : 1998. [7] Holsheimer J. et al. "Effects of électrode geometry and combinaison on nerve fibre selectivy in spinal cord stimulation". Med & Biol Eng & Comput, 33 : 682,1995. [8] Holsheimer J., Wesselink W. A. "Optimum électrode geo- metry for spinal cord stimulation: the narrow bipole and tripole". Med & Biol Eng & Comput, 25 : 1997. La présente invention peut être utilisée avantageusement pour modifier le lieu dans un tissu pouvant être excité électriquement, dans lequel des cellules nerveuses sont activées. Conformément à une forme de réalisation préférée, des premier et second réseaux d'électrodes, comprenant chacun une première, une seconde et une troisième électrodes, sont disposés en parallèle de telle sorte que leurs première, seconde et troisième électrodes sont disposées respectivement à proximité les unes des autres. Une première impulsion négative (cathodique) est appliquée à l'électrode centrale du premier réseau, et une seconde impulsion négative est appliquée à l'électrode centrale du second réseau. Des moyens sont prévus pour délivrer les première et seconde impulsions simultanément et avec un rapport de courant variable. Les première et troisième électrodes des deux premier et second réseaux, ou une sélection de ces quatre électrodes, sont connectées à la référence commune (anodique) des deux générateurs d'impulsions. En utilisant le système précédent, le degré de précision chirurgicale requis pour l'implantation des réseaux d'électrodes est réduit, étant donné que le lieu, sur lequel les cellules nerveuses sont stimulées, peut être ajusté par simple modification du rapport de courant des impulsions envoyées aux électrodes une fois que la procédure chirurgicale est terminée. En outre la forme de réalisation préférée permet d'avoir une fenêtre étendue d'amplitude thérapeutique, qui est une condition préalable pour englober une topographie étendue de la douleur dans le système SCS. De façon plus précise, la présente invention crée un système pour appliquer une stimulation électrique médicale, caractérisé en ce qu'il comprend : un premier réseau d'électrodes comportant une première électrode centrale, une première électrode distale et une première électrode proximale; un second réseau d'électrodes comportant une seconde électrode centrale, une seconde électrode distale et une seconde électrode proximale ; des moyens pour appliquer une première impulsion cathodique à la première électrode centrale; des moyens pour appliquer une seconde impulsion cathodique à la seconde électrode centrale ; des moyens pour coupler de façon sélective une combinaison quelconque de la première électrode centrale, de la première électrode distale et de la première électrode proximale, de la seconde électrode centrale, de la seconde électrode distale et de la seconde électrode proximale en tant que référence anodique pour la première impulsion cathodique et la seconde impulsion cathodique. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de couplage sélectifs d'une combinaison quelconque de la première électrode centrale, de la première électrode distale et de la première électrode proximale, de la seconde électrode centrale, de la seconde électrode distale et de la seconde électrode proximale en tant que référence anodique pour la première impulsion cathodique et la seconde impulsion cathodique comprennent en outre des moyens pour réaliser un couplage sélectif entre deux quelconques des électrodes constituées par la première électrode centrale, la première électrode distale et la première électrode proximale, la seconde électrode centrale, la seconde électrode distale et la seconde électrode proximale en tant que référence anodique pour la première impulsion cathodique et la seconde impulsion cathodique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'après la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un patient dans lequel est implanté un système de stimulation neurologique mettant en oeuvre la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique de la moelle épinière, montrant les positions des réseaux d'électrodes utilisés dans la présente invention ; - la figure 3 représente les deux réseaux parallèles d'électrodes et indique les électrodes connectées en tant qu'anode (+) ou en tant que cathode (-) dans les différentes configurations utilisées dans la présente invention ; - la figure 4 est un dessin schématique de six électrodes réparties suivant deux réseaux et de leurs connexions à deux générateurs d'impulsions, du type utilisé dans la présente invention; - la figure 5a représente la zone des colonnes dorsales, dans laquelle des fibres nerveuses sont régénérées par le circuit de la figure 4, lorsque deux impulsions ayant des amplitudes égales sont délivrées simultanément; - la figure 5b représente la zone dans les colonnes dorsales, dans laquelle des fibres nerveuses sont régénérées par le circuit de la figure 4 lorsque l'ampli- tude de l'impulsion délivrée au réseau du côté gauche possède une certaine valeur et que l'amplitude de l' impulsion délivrée au réseau du côté droit est nulle ; -la figure 5c représente la zone des colonnes dorsales, où des fibres nerveuses sont régénérées par le circuit de la figure 4 lorsque l'amplitude de l'impulsion délivrée au réseau du côté droit possède une certaine valeur et que l'amplitude de l'impulsion délivrée au réseau côté gauche est nulle. La figure 1 représente une vue schématique d'un patient 10 possédant un implant d'un système de simulation neurologique utilisant une forme de réalisation préférée de la présente invention pour stimuler la moelle épinière 12 du patient. Le système préféré utilise le générateur implantable d'impulsions 14 servant à produire un certain nombre d'impulsions de stimulation indépendantes et qui est connecté par des fils isolés 16,18 à des réseaux d'électrodes 16A et 18A (figure 2) au voisinage de la moelle épinière 12. Le générateur implantable d'impulsions 14 est de préférence un générateur implantable d'impulsions modifié du type désigné par ITREL III, disponible auprès de la société dite Medtronic, Inc., qui comporte des dispositions pour former des sorties multiples délivrant des impulsions ayant des amplitudes et des durées variables de façon indépendante et qui peuvent être au choix soit simultanées, soit décalées les unes par rapport aux autres dans le temps. Ce système préféré utilise un programmateur 20 qui est couplé par l'intermédiaire d'un câble 22 à une antenne à haute fréquence 24. Ce système permet d'assister le personnel médical pour sélectionner les différentes options de sortie d'impulsions après l'implantation en utilisant une transmission à haute fréquence. Bien que le système préféré utilise des générateurs d'impulsions complètement implantés, des systèmes utilisant à la fois des composants implantés et des composants externes, couplés au moyen d'une transmission à haute fréquence, peuvent également utiliser la présente invention (par exemple un générateur d'impulsions portant la désignation Mattrix modifiée, disponible auprès de la société dite Medtronic, Inc.). La figure 2 est une vue en coupe transversale schématique de la moelle épinière 26, qui montre des réseaux d' électrodes 16A et 18A (connectés à un générateur d'impulsions 14 par des fils isolés 16 et 18) dans l'espace épidural dorsal 28. Les réseaux d'électrodes peuvent être des fils percutanés séparés par un faible espacement (par exemple le système dit Pisces Compact, disponible auprès de la société dite Medtronic, Inc.). Les deux réseaux d'électrodes peuvent être également montés en parallèle sur un même substrat isolant. De même, on a représenté la duremère 29, qui est la séparation de l'espace épidural 28 et de l'espace subdural 30 rempli par le fluide cérébrospinal, et la colonne vertébrale 32. Les structures neuronales sont les racines spinales 34 et la moelle épinière à l'intérieur du fluide cérébro-spinal. La moelle épinière est constituée par une matière grise centrale 36 et une matière blanche enveloppante, par exemple les colonnes dorsales 38. Le schéma de la figure 3 représente le circuit de stimulation. Les sorties cathodiques 47B et 48B de générateurs d'impulsions 47 et 48 sont connectées à des électrodes 41 et 44 de réseaux respectifs d'électrodes 16A et 18A. Les sorties anodiques 47A et 48A des générateurs d'impulsions sont connectées et constituent la référence commune (anodique) des impulsions cathodiques. Cette référence commune est connectée à des électrodes 40,42, 43 et 45, ou au moins à deux de ces électrodes. La figure 4A représente les deux réseaux d'électrodes 16A et 18A constitués chacun par au moins trois électrodes : respectivement 40,41, 42,43, 44,45. Les électrodes 40 et 43 sont proches l'une de l'autre de même que les électrodes 41 et 44, et les électrodes 42 et 45. Les figures 4B-F représentent différentes configurations anode (+)- cathode (-), utilisées dans la présente invention. Toutes les configurations ont en commun le fait que les électrodes 41 et 44 sont connectées aux sorties cathodiques 47B et 48B des générateurs d'impulsions 47 et 48 (figure 3). Au moins deux des électrodes 40,42, 43 et 45 sont connectées aux sorties anodiques 47A et 48A des générateurs d'impulsions 47 et 48. Sur la figure 4B, toutes les électrodes 40,42, 43 et 45 sont connectées en tant qu'anodes, en constituant ainsi un double tripôle. Sur la figure 4C, l'électrode 43 est déconnectée. Sur les figures 4D-F, seules deux électrodes sont connectées en tant qu'anodes, en constituant ainsi un seul tripôle (figure 4D), un double dipôle (figure 4E) ou un tripôle oblique (figure 4F). Les configurations représentées sur les figures 4C-F peuvent comporter également d'autres sélections des électrodes 40,42, 43 et 45. Bien que le sujet de la présente invention concerne le guidage du champ électrique dans un substrat neuronal par modification du rapport de courants des impulsions cathodiques délivrées aux électrodes 41 et 44, les configurations représentées sur les figures 4B-F constituent des moyens additionnels de commande du champ, qui peuvent être utiles par exemple lorsque des réseaux d'électrodes ont des positions dissymétriques en ce qui concerne la ligne médiane de la moelle épinière ou bien lorsque les impédances des électrodes 40,42, 43 et 45 diffèrent de façon importante. En outre, une couverture étendue de paresthésie, nécessaire dans la gestion d'une douleur complexe, est fortement favorisée par les configurations tripolaire et bipolaire représentées sur les figures 4B-4F. La figure 5A représente la zone 50 située dans les colonnes dorsales 38, où des fibres nerveuses sont régénérées lorsque les générateurs d'impulsions 47 et 48 délivrent des impulsions simultanées du même courant et de même durée, par l'intermédiaire de leurs sorties cathodiques respectives 47B et 48B, et on utilise la configuration d'électrodes telle que représente sur la figure 3. En raison à la fois de la position symétrique des réseaux d'électrodes 16A et 18A par rapport à la ligne médiane de la moelle épinière et de la configuration symétrique des électrodes, la zone régénérée 50 est également symétrique. La figure 5B représente la zone régénérée 50 dans les colonnes dorsales, lorsque le courant des impulsions cathodiques, délivrées à l'électrode 44 du réseau 18A par l'intermédiaire de la sortie 48B du générateur d'impulsions 48, est réduit à zéro, ce qui signifie que des impulsions cathodiques sont délivrées uniquement par le générateur d'impulsions 47 à l'électrode 41 du réseau 16A. Dans ces conditions, la zone régénérée 50 est décalée au maximum vers le côté des colonnes dorsales correspondant à la cathode active 41, et est centrée autour de cette électrode. La figure 5C représente la zone régénérée 50 dans les colonnes dorsales, lorsque le courant des impulsions cathodiques, envoyé à l'électrode 41 du réseau 16A par l'intermédiaire de la sortie 47B du générateur d'impulsions 47, est réduit à zéro, ce qui signifie que des impulsions cathodiques sont délivrées uniquement par le générateur d'impulsions 48 à l'électrode 44 du réseau 18A. Dans ces conditions, la zone régénérée 50 est décalée au maximum du côté des colonnes dorsales correspondant à la cathode active 44, et est centrée autour de cette électrode. Les figures 5B-C représentent la gamme médiolatérale, dans laquelle la zone régénérée 50 peut être commandée par modification du rapport de courants des impulsions cathodiques délivrées par les générateurs d'impulsions 47 et 48. Cette gamme couvre l'étendue latérale complète des colonnes dorsales 38 lorsque les réseaux d'électrodes 16A et 18A sont centrés au niveau des parties de gauche et de droite des colonnes dorsales. Dans le cas de l'utilisation de fils percutanés quadripolaires ou octopolaires pour constituer les réseaux d'électrodes 16A et 18A, les configurations représentées sur la figure 4 peuvent être décalées vers le haut et vers le bas le long de ces réseaux pour l'obtention de la meilleure position longitudinale pour couvrir la zone de douleur avec paresthésie, ainsi que pour obtenir la meilleure capacité de guidage médiolatéral selon la présente invention. Bien que la présente invention ait été décrite en référence à une forme de réalisation donnée à titre d'illustration, la présente description ne doit pas être considérée dans un sens limitatif. Différentes modifications de la forme de réalisation donnée à titre d'illustration ainsi que d'autres formes de réalisation de l'invention associées à différents substrats d'un tissu excitable électriquement tels que décrits précédemment, apparaîtront aux spécialistes de la technique en référence à la présente description. C'est pourquoi il est envisagé que les revendications annexées englobent toutes les modifications ou formes de réalisation de cette sorte, comme entrant dans le cadre réel de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système pour appliquer une stimulation électrique médicale, caractérisé en ce qu'il comprend : un premier réseau d'électrodes possédant une première électrode centrale (41), une première électrode distale (40) et une première électrode proximale (42); un second réseau d'électrodes (18A) possédant une seconde électrode centrale (44), une seconde électrode distale (43) et une seconde électrode proximale (45); des moyens (47) pour appliquer une première impulsion cathodique à la première électrode centrale (41); des moyens (48) pour appliquer une seconde impulsion cathodique à la seconde électrode centrale (44); et des moyens pour coupler de façon sélective une combinaison quelconque de la première électrode centrale, de la première électrode distale et de la première électrode proximale, de la seconde électrode centrale, de la seconde électrode distale et de la seconde électrode proximale en tant que référence anodique pour la première impulsion cathodique et la seconde impulsion cathodique. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage sélectifs d'une combinaison quelconque de la première électrode centrale (41), de la première électrode distale (40) et de la première électrode proximale (43), de la seconde électrode centrale (44), de la seconde électrode distale (43) et de la seconde électrode proximale (45) en tant que référence anodique pour la première impulsion cathodique et la seconde impulsion cathodique comprennent en outre des moyens pour réaliser un couplage sélectif entre deux quelconques des électrodes constituées par la première électrode centrale, la première électrode distale et la première électrode proximale, la seconde électrode centrale, la seconde électrode distale et la seconde électrode proximale en tant que référence anodique pour la première impulsion cathodique et la seconde impulsion cathodique. 3. Système selon la revendication 1, comprenant en outre des moyens pour délivrer simultanément les première et seconde impulsions cathodiques. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour délivrer les première et seconde impulsions cathodiques avec des rapports de courants égaux. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour délivrer les première et seconde impulsions cathodiques avec rapports de courants différents. 6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour délivrer les première et seconde impulsions cathodiques avec un rapport de courants variable.