Brevet FR2788699A1 — publié le 20000728

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine médical, plus particulièrement la défibrillation cardiaque, et préférentiellement la défibrillation externe ou transthoracique, et a pour objet de nouvelles impulsions ou séries d'impulsions de défibrillation, ainsi qu'un dispositif pour générer ou produire ces dernières. Actuellement, la grande majorité des défibrillations sont réalisées au moyen d'une impulsion monophasique positive résultant généralement de la décharge d'un condensateur à travers le patient et, le cas échéant, une inductance. Toutefois, de nombreuses formes d'impulsions sont possibles (voir par exemple: A. Cansell, La Revue des Samu; 1997-5, 229 à 237). Il a notamment été proposé récemment d'interrompre la décharge du condensateur, puis de modifier le branchement pour terminer la décharge avec une polarité inversée, de manière à fournir des impulsions sous la forme d'une onde biphasique. Ce mode de défibrillation biphasique, décrit par exemple dans le document WO 95/05215, reprend en fait, en l'appliquant à la décharge d'un condensateur, le principe des premières défibrillations effectuées par Prevost et Batelli au moyen d'un courant alternatif sinusoïdal de 45 Hz (CR Acad. Sci. 1899; 129: 1267). Par ailleurs, il a également été proposé d'utiliser pour exciter les cellules cardiaques des séries d'impulsions rectangulaires de même polarité délivrées à haute fréquence et délimitées par une enveloppe rectangulaire monophasique, de manière à obtenir une onde monophasique pulsée de forme rectangulaire et hachée par un signal haute fréquence (Janice L. Jones et al., "Cellular excitation with high-frequency chopped defibrillator waveforms", Proc. IEEE, pl 7 et 18,6/1994). Toutefois, ces différents types d'impulsions de défibrillation connus présentent toutes, soit du fait de leur nature, soit du fait du mode de réalisation des dispositifs les générant, des limitations et des inconvénients tels que, par exemple, une énergie disponible limitée, de grandes difficultés de réalisation pratique, une efficacité limitée pour une énergie disponible donnée ou encore un risque de nocivité pour le patient. Par ailleurs, il existe constamment le besoin, compte tenu de leur caractère critique, d'améliorer l'efficacité des actes de défibrillation, notamment -2- pour en réduire la quantité d'énergie délivrée au patient tout en garantissant un taux de réussite supérieur à celui obtenu par les techniques actuelles. La présente invention a notamment pour but de pallier certains des inconvénients et des limitations précitées et de répondre au besoin précité. Or, les inventeurs ont constaté, de manière inattendue et surprenante, que des impulsions ou une série d'impulsions de défibrillations constituée(s) par une onde à au moins deux phases dont les phases successives de polarités opposées sont découpées ou hachées à une fréquence plus élevée que la fréquence desdites phases successives, permettaient de surmonter au moins certains des inconvénients et limitations précités et présentaient une efficacité de défibrillation nettement supérieure aux formes d'ondes de défibrillation existantes. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure IA est une courbe intensité / temps représentant une série d'impulsions conforme à l'invention, selon un mode de réalisation de cette dernière, comportant deux, trois ou quatre phases successives A, B, C et D; la figure IB est une courbe intensité / temps représentant une série d'impulsions conforme à l'invention, selon un autre mode de réalisation de cette dernière, comportant deux phases successives A et B; les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques simplifiées de deux variantes de réalisation d'un dispositif de génération d'impulsions selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est une représentation simplifiée, mais plus détaillée, du dispositif représenté sur la figure 2, illustrant notamment un mode de réalisation possible des interrupteurs mis en oeuvre, et, la figure 5 est une représentation schématique simplifiée d'un second mode de réalisation d'un dispositif de génération d'impulsions selon l'invention. Comme le montre la figure I des dessins annexés, les impulsions ou la série d'impulsions de défibrillation est (sont) constituée(s) par une onde au moins biphasique dont les phases successives de polarités opposées sont découpées ou hachées à une fréquence plus élevée que la fréquence desdites phases successives. On obtient ainsi des impulsions de défibrillation successives, de phases opposées, composées chacune par une suite d'impulsions élémentaires qui sont toutes délimitées par et comprises dans l'enveloppe formée par l'onde au -3 - moins biphasique et dont la fréquence d'occurrence et la durée des impulsions élémentaires sont définies par le signal de découpage ou de hachage altérant les phases continues de ladite onde. Cette série d'impulsions est préférentiellement constituée par deux, (par exemple A et B), trois (par exemple A, B et C) ou éventuellement quatre (par exemple A, B, C et D) phases consécutives alternées (voir à titre d'exemples non limitatifs les séries d'impulsions représentées sur les figures IA et lB). On notera qu'il est possible de faire varier aisément l'énergie de défibrillation appliquée au patient, ce quel que soit l'énergie de l'onde multiphasique non altérée ou l'énergie emmagasinée en vue de la défibrillation, en faisant varier le facteur de forme du signal de découpage ou de hachage de ladite onde. De manière avantageuse, la fréquence de découpage ou de hachage est au moins quatre fois supérieure à la fréquence de l'onde multiphasique. Selon une caractéristique de l'invention, la durée de chaque phase est comprise entre 2 ms et 8 ms, préférentiellement entre 3 ms et 5 ms, la fréquence de découpage ou de hachage étant alors supérieure à 500 Hz. Dans la pratique, la fréquence de hachage est préférentiellement supérieure à environ 1 KHz et inférieure à environ 30 KHz, les fréquences de hachage supérieurs à 30 KHz ne permettant plus d'obtenir pleinement les propriétés avantageuses de l'invention. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, correspondant en particulier à l'utilisation de décharges de condensateurs pour la génération des impulsions de défibrillation, l'enveloppe ou l'onde formant enveloppe des diverses phases se présente sous la forme d'une courbe tronquée, par exemple sous la forme d'une exponentielle tronquée (figure I A). Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe ou l'onde formant enveloppe des diverses phases successives peut avantageusement se présenter sous une forme arrondie, biphasique et asymétrique (voir à titre d'exemple la figure lB des dessins annexés). Dans ce second mode de réalisation de l'invention, l'onde formant enveloppe pourra être obtenue, par exemple, au moyen d'une décharge de condensateur en régime oscillant (circuit RLC), d'une décharge de condensateur à travers un filtre passe-bas (figure lB) ou encore d'un générateur de fonction délivrant un signal de forme souhaitée. Toutefois, au lieu de procéder au hachage de décharges ou de signaux de très haute tension, délivrés par exemple par des condensateurs, les -4impulsions de défibrillation conformes à l'invention peuvent également être produites aux secondaires de transformateurs amplifiant un signal haché ou pulsé au moins biphasique généré au primaire, ce qui permet de générer toute forme d'onde souhaitée. En outre, les inventeurs ont constaté qu'il était possible d'améliorer davantage encore l'efficacité des impulsions de défibrillation conformes à l'invention en prévoyant que l'amplitude de l'onde au début de la seconde phase soit supérieure à l'amplitude de l'onde à la fin de la première phase, notamment dans le cas d'ondes tronquées. L'efficacité des impulsions est optimale, d'après différents tests réalisés par les inventeurs, lorsque la charge électrique contenue dans la deuxième phase est comprise entre 20 % et 100 %, préférentiellement entre 40 % et 100 %, de la charge électrique contenue dans la première phase. La présente invention a également pour objet un dispositif de génération d'impulsions de défibrillation du type décrit ci-dessus, formant partie constitutive d'un défibrillateur. Comme le montrent les figures 2 et 3 des dessins annexés, ledit dispositif peut être essentiellement constitué, d'une part, par deux condensateurs I et 2 présentant éventuellement deux bornes communes 1' et 2' ou reliées entre elles et destinés au stockage de l'énergie électrique de défibrillation, et, d'autre part, par au moins deux interrupteurs ou commutateurs 3 et 4 commandés par un circuit de commande 6, assurant chacun la connexion alternée de la borne restante 1", 2" de chacun des deux condensateurs I et 2 avec le patient 5 et actionnés successivement de manière à produire des décharges partielles des condensateurs respectifs concernés I et 2 générant une série d'impulsions sous forme d'une onde au moins biphasique dont les phases successives de polarités opposées sont découpées ou hachées à une fréquence plus élevée que la fréquence desdits phases successives. Selon une première variante de réalisation de l'invention, représentée à la figure 2 des dessins annexés, les bornes 1" et 2" des condensateurs I et 2 déchargés alternativement présentent des polarités opposées. Conformément à une seconde variante de réalisation de l'invention, représentée à la figure 3 des dessins annexés, les bornes 1" et 2" des condensateurs I et 2 déchargés alternativement présentent des polarités identiques, les impulsions résultantes étant appliquées au patient 5 à travers un montage en pont 7 pouvant délivrer des impulsions de phases opposées. -5- Comme le montre la figure 4 des dessins annexés, les interrupteurs 3 et 4 peuvent, par exemple, être chacun constitué par un circuit à transistors connu sous la désignation IGBT, ou par plusieurs circuits de ce type montés en série, ce en fonction des tensions de charge des condensateurs I et 2 et des tensions maximales des impulsions de défibrillation appliquées au patient. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, représenté à la figure 5 des dessins annexés et permettant notamment la réalisation de formes d'ondes ou d'enveloppes variées, le dispositif de génération d'impulsions de défibrillation du type précité peut être principalement constitué par un générateur d'ondes à basse tension 8 relié au milieu du primaire d'un transformateur élévateur de tension 9 dont le secondaire est relié au patient 5, les deux extrémités dudit primaire pouvant être alternativement reliées à la masse par l'intermédiaire d'interrupteurs ou de commutateurs 3 et 4. Comme le montrent les figures 2 à 5 des dessins annexés, le hachage de l'onde est réalisé par l'actionnement des interrupteurs ou commutateurs 3 et 4 au moyen d'un signal en créneaux dont la fréquence et le facteur de forme est avantageusement variable, délivré par un circuit de commande 6 intégrant un générateur de signaux correspondant, des circuits d'horloge ou analogues. Les interrupteurs 3 et 4 assurent une fonction de hachage et d'inversion. Les résultats expérimentaux de défibrillations effectuées par les inventeurs sur des animaux, au moyen des différentes formes d'impulsions de défibrillation évoquées ci-dessus, sont résumés dans le tableau cidessous. Pour la forme d'impulsion traditionnelle monophasique on a posé une énergie de référence de valeur 100 nécessaire et suffisante pour obtenir une défibrillation efficace. Les autres formes d'impulsion sont données en valeurs relatives, par rapport à la valeur de référence précitée, également nécessaires et suffisantes pour réaliser une défibrillation efficace. Monophasique 100 Biphasique (non découpée) 65 Triphasique (non découpée) 55 Triphasique découpée à 5 KHz conformément à la présente invention 30 à 45 -6- Il peut donc être estimé, sur la base des résultats ci-dessus, qu'un procédé de défibrillation, notamment transthoracique, appliqué à l'être humain et mettant en oeuvre des impulsions ou des séries d'impulsions selon la présente invention, par exemple délivrées par un dispositif tel que décrit précédemment, présentera, par rapport aux procédés connus, une amélioration similaire. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -7- REVENDICATIONS 1) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation, caractérisées en ce qu'elles sont constituées par une onde à au moins deux phases dont les phases successives de polarités opposées sont découpées ou hachées à une fréquence plus élevée que la fréquence desdites phases successives. 2) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation selon la revendication 1, caractérisées en ce qu'elles sont constituées par deux phases consécutives alternées. 3) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation selon la revendication 1, caractérisées en ce qu'elles sont constituées par trois phases consécutives alternées. 4) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisées en ce que la fréquence de découpage ou de hachage est au moins quatre fois supérieure à la fréquence de l'onde multiphasique. 5) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisées en ce que la durée de chaque phase est comprise entre 2 ms et 8 ms, préférentiellement entre 3 ms et 5 ms, et en ce que la fréquence de découpage ou de hachage est supérieure à 500 Hz. 6) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation selon la revendication 5, caractérisées en ce que la fréquence de hachage est supérieure à environ I KHz et inférieure à environ 30 KHz. 7) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisées en ce que l'enveloppe des diverses phases se présente sous la forme d'une courbe tronquée, par exemple sous la forme d'une exponentielle tronquée. 8) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisées en ce que l'enveloppe ou l'onde formant enveloppe des diverses phases successives se présente sous une forme arrondie, biphasique et asymétrique. 9) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisées en ce que l'amplitude de l'onde au début de la seconde phase est supérieure à l'amplitude de l'onde à la fin de la première phase. -8- ) Impulsions ou série d'impulsions de défibrillation selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisées en ce que la charge électrique contenue dans la deuxième phase est comprise entre 20 % et 100 % de la charge électrique contenue dans la première phase. Il) Dispositif de génération d'impulsions de défibrillation selon l'une quelconque des revendications I à 10, caractérisé en ce qu'il est constitué, d'une part, par deux condensateurs (I et 2) présentant éventuellement deux bornes communes (Y' et 2') ou reliées entre elles et destinés au stockage de l'énergie électrique de défibrillation, et, d'autre part, par au moins deux interrupteurs ou commutateurs (3 et 4) commandés par un circuit de commande (6), assurant chacun la connexion alternée de la borne restante (1", 2") de chacun des deux condensateurs (1 et 2) avec le patient (5) et actionnés successivement de manière à produire des décharges partielles des condensateurs respectifs concernés (I et 2) générant une série d'impulsions sous forme d'une onde au moins biphasique dont les phases successives de polarités opposées sont découpées ou hachées à une fréquence plus élevée que la fréquence desdits phases successives. 12) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les bornes (1" et 2") des condensateurs (I et 2) déchargés alternativement présentent des polarités opposées. 13) Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les bornes (1" et 2") des condensateurs (I et 2) déchargés alternativement présentent des polarités identiques, les impulsions résultantes étant appliquées au patient (5) à travers un montage en pont (7) pouvant délivrer des impulsions de phases opposées. 14) Dispositif de génération d'impulsions de défibrillation selon l'une quelconque des revendications I à 10, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué par un générateur d'ondes à basse tension (8) relié au milieu du primaire d'un transformateur élévateur de tension (9) dont le secondaire est relié au patient (5), les deux extrémités dudit primaire pouvant être alternativement reliées à la masse par l'intermédiaire d'interrupteurs ou de commutateurs (3 et 4).