Brevet FR2805998A1 — publié le 20010914

L'invention concerne les "dispositifs médicaux implantables actifs" tels que définis par la directive 90/385/CEE du 20 juin 1990 du Conseil des communautés européennes, plus précisément les dispositifs stimulateurs cardiaques, défibrillateurs et/ou cardioverteurs permettant de délivrer au coeur des impulsions électriques de faible énergie pour le traitement des troubles du rythme cardiaque. Elle concerne plus particulièrement les prothèses dites "multisite" dans lesquelles des électrodes sont placées en une pluralité de sites respectifs distincts comportant au moins un site ventriculaire et un site auriculaire. Il peut s'agir d'une prothèse de type "double chambre" (stimulation atriale droite et stimulation ventriculaire droite) ou, le plus souvent, "triple cham- bre" (stimulation atriale droite et double stimulation ventriculaire) ou "qua- druple chambre" (double stimulation atriale et double stimulation ventri- culaire). Le pilotage de la stimulation implique l'ajustement permanent de divers paramètres tels que fréquence de stimulation, délai atrioventriculaire (DAV) ou encore délai interventriculaire dans le cas d'une stimulation bi- ventriculaire. Ces divers paramètres sont ajustés en fonction de signaux délivrés par des capteurs, par exemple de ventilation-minute (MV), qui est un facteur représentatif des besoins métaboliques instantanés du patient. Ce facteur est, de façon classique, évalué par mesure de bioimpédance transpulmonaire, c'est à dire entre le coeur et le boîtier du stimulateur, situé dans le haut du thorax. Cette valeur est de bioimpédance et mesu- rée par injection d'une impulsion de courant entre le boîtier et une élec- trode cardiaque, et recueil d'un potentiel différentiel entre un autre point et le boîtier. Un autre facteur qu'il est souhaitable de connaître est le débit cardiaque car il peut être intéressant, tout particulièrement avec un stimulateur mul- tisite, d'obtenir une indication de ce débit et donc de la fraction d'éjection, qui est le paramètre hémodynamique de référence pour optimiser la sti- mulation sur les différents sites. Ce débit peut être évalué par mesure de la pression intracardiaque, comme cela est par exemple proposé par le WO-A-99/34863 (Pacesetter AB), mais au prix d'une sonde spécifique incorporant un capteur piézoé- lectrique et d'une électronique associée particulière pour exploiter les si- gnaux issus de ce capteur, les convertir et les transmettre au micropro- cesseur du stimulateur. Un autre paramètre corrélé au débit cardiaque est l'impédance transval- vulaire, généralement mesurée sur le coeur droit, comme cela est par exemple proposé par le US-A-5 154 171 (Chirife). Ce document propose d'effectuer la mesure de bioimpédance par injection d'une impulsion de courant entre un site ventriculaire et un site auriculaire et recueil d'un potentiel différentiel entre ces deux mêmes points. En pratique, on cons- tate cependant que cette configuration (configuration bipolaire) d'in- jection/recueil se révèle sensible au mouvement des sondes et ne permet pas une mesure fiable et précise de l'impédance. De plus, cette technique nécessite une électronique particulière pour injecter et recueillir les si- gnaux de mesure, les convertir et les transmettre pour exploitation au mi- croprocesseur du stimulateur. L'un des buts de l'invention est de proposer une configuration de stimu- lateur qui, sans multiplication des circuits ni complexification de l'électro- nique, permette la mesure d'un certain nombre de valeurs de bioimpé- dance intracardiaque en réutilisant à cette fin les circuits préexistants de mesure de la ventilation-minute. En d'autres termes, l'invention propose de réutiliser la chaîne de mesure de ventilation-minute classique existant déjà dans le dispositif, mais par injection/recueil intracardiaques et non plus injection/recueil transpulmo- naire, de manière à mesurer des valeurs de bioimpédance intracardia- ques corrélées à des paramètres hémodynamiques tels que débit cardia- que et fraction d'éjection. Plus précisément, I'invention concerne un dispositif dans lequel des élec- trodes sont placées en une pluralité de sites respectifs distincts compor- tant au moins un site ventriculaire et un site auriculaire, ces électrodes étant reliées à un circuit de recueil de signaux cardiaques, pour détecter un potentiel de dépolarisation, ainsi qu'à un circuit de stimulation, pour appliquer des impulsions de stimulation sur au moins certains desdits si- tes, avec en outre des moyens d'évaluation des besoins métaboliques du patient par mesure de bioimpédance transpulmonaire, ces moyens com- prenant un circuit d'injection de courant entre une première sortie reliée au boîtier du dispositif et une seconde sortie reliée à un point d'injection situé en un premier site atrial, ou ventriculaire, et un circuit de mesure du potentiel différentiel engendré par l'injection de courant entre une pre- mière entrée reliée au boîtier du dispositif et une seconde entrée reliée à un point de mesure situé en un second site atrial, ou ventriculaire respec- tivement. Selon l'invention, le dispositif comprend des moyens de mesure de bioim- pédance intracardiaque, comprenant des moyens de commutation aptes à isoler du boîtier la première sortie du circuit d'injection de courant et la première entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel, et relier la première sortie du circuit d'injection de courant et la première entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à un site commun de référence de potentiel, atrial ou ventriculaire, distinct des sites auxquels sont reliés la seconde sortie du circuit d'injection de courant et la seconde entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel, de manière à permettre une me- sure d'impédance intracardiaque à partir du signal délivré par le circuit de mesure de potentiel différentiel. Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses: - les moyens de commutation sont également aptes à modifier les fré- quences de coupure des moyens de filtrage du circuit de mesure dans le sens d'une élévation de la bande de fréquences mesurée; - le site commun de référence de potentiel est un site ventriculaire gau- che et les points d'injection et de mesure sont situés en des sites auri- culaires respectifs distincts, la bioimpédance intracardiaque mesurée étant une bioimpédance auriculo-ventriculaire; - le site commun de référence de potentiel est un site ventriculaire droit et les points d'injection et de mesure sont situés en des sites auriculai- res respectifs distincts, la bioimpédance intracardiaque mesurée étant une bioimpédance transvalvulaire; - le site commun de référence de potentiel est un site ventriculaire gau- che et les points d'injection et de mesure sont situés en des sites ven- triculaires droits respectifs distincts, la bioimpédance intracardiaque mesurée étant une bioimpédance interventriculaire; - le site commun de référence de potentiel est un site auriculaire droit et les points d'injection et de mesure sont situés en des sites ventriculai- res droits respectifs distincts, la bioimpédance intracardiaque mesurée étant une bioimpédance transvalvulaire; - lesdits premier et second sites auriculaires, ou ventriculaires, sont dé- finis par une électrode proximale et une électrode distale d'une même sonde auriculaire, ou ventriculaire respectivement; - lesdits moyens de commutation sont des moyens de commutation de masses électriques. On va maintenant décrire diverses mises en oeuvres de l'invention, en référence aux dessins annexés, sur lesquels les mêmes références nume- riques et littérales désignent des éléments semblables sur les différentes figures. La figure 1 illustre une configuration connue de mesure de la ventilation- minute depuis l'oreillette. Les figures 2 et 3 montrent des modifications de la configuration de la fi- gure 1 pour la mesure de l'impédance auriculo-ventriculaire et de l'impé- dance transvalvulaire, respectivement. La figure 4 illustre une configuration connue de mesure de la ventilation- minute depuis le ventricule. Les figures 5 et 6 montrent des modifications de la configuration de la fi- gure 4 pour la mesure de l'impédance interventriculaire et de l'impédance transvalvulaire, respectivement. La figure 7 représente schématiquement les transistors de commutation des sites permettant de réaliser par une programmation appropriée les différentes configurations des figures 1 à 6. La figure 1 représente schématiquement un muscle cardiaque avec ses quatre cavités: oreillette droite AD, oreillette gauche AG, ventricule droit VD et ventricule gauche VG. Une sonde ventriculaire 10 est introduite dans le ventricule droit VD, avec une électrode proximale annulaire référencée VD+ et une électrode dis- tale d'extrémité référencée VD-. Une sonde auriculaire 12 est introduite dans l'oreillette droite AD, avec une électrode proximale annulaire référencée AD+ et une électrode dis- tale d'extrémité référencée AD-. Le cas échéant, il peut également être prévu (comme sur les figures 2 et ) une sonde 14 sur le ventricule gauche VG, par exemple pour permettre une stimulation biventriculaire (configuration triple chambre) et/ou une sonde sur l'oreillette gauche AG, si l'on souhaite réaliser un recueil de signaux et/ou une stimulation sur les deux oreillettes (configuration qua- druple chambre). Les électrodes des sondes sont reliées à un boîtier comprenant divers circuits de détection, de stimulation et de commande, par exemple un boî- tier de stimulateur multisite tel que celui décrit dans le EP-A-0 925 806 (ELA Médical), auquel on pourra se référer pour de plus amples détails. On notera que le dispositif décrit dans ce document comporte des moyens de commutation permettant de relier sélectivement et selon diverses con- figurations possibles les différents étages du stimulateur de façon variable et évolutive. La commutation selon les différentes configurations voulues y est opérée par une logique câblée et/ou une programmation appropriée du microprocesseur assurant le pilotage de transistors MOS. La configuration (connue) illustrée figure 1 permet la mesure de la ventila- tion-minute depuis l'oreillette. Cette mesure se fait par injection d'une impulsion de courant, schémati- sée par le générateur de courant 16, entre un premier site auriculaire (dans l'exemple illustré, l'électrode distale auriculaire AD-) et le boîtier métallique 18 du dispositif. Le courant injecté est par exemple un courant de 320 pA délivré sous la forme d'une impulsion de largeur 5 ps. Le po- tentiel différentiel engendré par cette impulsion de courant est recueilli et mesuré, comme cela est schématisé par l'amplificateur opérationnel 20, entre un site auriculaire (ici, I'électrode proximale auriculaire AD+) distinct de celui utilisé (AD-) pour l'injection, d'une part, et le boîtier 18, d'autre part. Le signal ainsi recueilli donne une indication des besoins métaboli- ques instantanés du patient. On notera que cette configuration de mesure de la ventilation-minute est une configuration tripolaire, avec un point (le boîtier) commun à l'injection et au recueil, point qui donne donc ici le potentiel de référence pour la mesure. L'invention propose d'utiliser la chaîne de mesure que l'on vient de décri- re, initialement destinée à une mesure de la ventilation-minute (impé- dance transpulmonaire), pour mesurer des impédances intracardiaques. À cet effet, I'invention propose de conserver la même configuration tripo- laire (un point commun formant référence de potentiel, un point d'injection et un point de recueil), en changeant simplement le site donnant la réfé- rence de potentiel. Cette modification peut se faire simplement par une commutation interne au dispositif multisite, de la manière exposée dans le EP-A-0 925 806 précité. Dans le cas de la figure 2, la liaison au boîtier 18 est remplacée par une liaison à une électrode ventriculaire gauche, ici l'électrode distale ventri- culaire gauche VG-. En d'autres termes, l'électrode distale ventriculaire gauche VG- devient la référence de potentiel en lieu et place du boîtier 18 de la figure 1. Les sites d'injection (électrode distale auriculaire AD-) et de recueil (proximale auriculaire AD+), quant à eux, ne sont pas modifiés. Cette configuration permet de mesurer l'impédance auriculo-ventriculaire, qui est représentative du débit cardiaque et peut notamment être utilisée pour ajuster la fréquence cardiaque, le délai atrio-ventriculaire, ou le délai inter-ventriculaire dans le cas d'une stimulation biventriculaire. Le courant injecté pour la mesure de cette impédance auriculo-ventriculai- re est par exemple un courant de 40 pA délivré sous la forme d'une im- pulsion de largeur 5 ps. Par ailleurs, le recueil est opéré dans des bandes de fréquences diffé- rentes: basse fréquence pour la mesure de la ventilation-minute, fré- quence plus élevée pour la mesure de l'impédance auriculo-ventriculaire selon l'invention; cette modification de la bande de fréquences peut ré- sulter d'un déplacement des points de coupure du filtre, modification très aisée à réaliser par des moyens logiciels si le filtrage est un filtrage nu- mérique. On notera incidemment qu'il n'est pas indispensable que les sites ventri- culaire et auriculaire se situent du même côté du coeur. Ainsi, dans le cas de la figure 2 décrite ci-dessus, il est possible de ne pas avoir de sonde ventriculaire droite, la configuration choisie (éventuellement, program- mée) étant alors une configuration oreillette droite/ventricule gauche. Dans la variante de configuration de la figure 3, le potentiel de référence choisi est celui d'une électrode ventriculaire droite, en l'espèce l'électrode proximale ventriculaire droite VD+. En d'autres termes, par rapport à la configuration connue de la figure 1, dans la configuration selon l'invention de la figure 3 la liaison au boîtier 18 formant le point commun de la confi- guration tripolaire est remplacée par une liaison à l'électrode proximale ventriculaire droite VD+. Cette configuration permet d'obtenir une mesure de l'impédance transval- vulaire, paramètre représentatif de la fraction d'éjection. La figure 4 illustre une autre configuration (connue) de mesure de la ven- tilation-minute. La différence par rapport à la configuration de la figure 1 tient au fait que les points d'injection et de recueil sont situés dans le ven- tricule droit au lieu de l'être dans l'oreillette droite: I'injection se fait alors entre le boîtier 18 et l'électrode distale ventriculaire droite VD-, et le re- cueil entre le boîtier 18 et l'électrode proximale ventriculaire droite VD+. Dans cette configuration comme celle de la figure 1, la référence de po- tentiel (point commun de la configuration tripolaire) est toujours le boîtier 18. La configuration selon l'invention de la figure 5 est la même que celle de la figure 4, à cette différence près que le potentiel de référence n'est plus le boîtier 18 mais une électrode ventriculaire gauche, en l'espèce l'élec- trode distale ventriculaire gauche VG-. Cette configuration permet notamment une mesure de l'impédance inter- ventriculaire, qui est un paramètre important pour piloter le délai inter- ventriculaire dans le cas d'une stimulation biventriculaire. Dans la variante de la figure 6, on choisit comme référence de potentiel, en lieu et place du bottier 18 de la configuration de la figure 4, une élec- trode auriculaire droite, en l'espèce l'électrode proximale auriculaire droite AD+. Cette configuration permet d'obtenir une mesure de l'impédance transval- vulaire, comme dans le cas de la figure 3, mais cette fois-ci à partir du ventricule et non plus de l'oreillette. La figure 7 représente schématiquement des transistors de commutation permettant de réaliser par une programmation appropriée les différentes configurations des figures 1 à 6 ci-dessus, simplement par une mise à la masse de certains sites. Ainsi: - l'activation du transistor 22 met à la masse l'électrode VG-, - I'activation du transistor 24 met à la masse l'électrode VD+, - l'activation du transistor 26 met à la masse l'électrode AD+, - l'activation du transistor 28 met à la masse le boîtier 18. La sélection des diverses configurations peut alors être opérée de la ma- nière suivante par simple pilotage des transistors, sous le contrôle par exemple d'un microprocesseur ou d'une logique câblée: - configuration de la figure 1: le transistor 28 est activé et durant l'injec- tion la masse électrique est ramenée sur le boîtier; - configuration de la figure 2: le transistor 22 est activé et durant l'injec- tion la masse électrique est ramenée sur VG-; - configuration de la figure 3: le transistor 24 est activé et durant l'injec- tion la masse électrique est ramenée sur VD+; (pour ces trois configurations, il y a injection sur AD- et recueil sur AD+) - configuration de la figure 4: le transistor 28 est activé et durant l'injec- tion la masse électrique est ramenée sur le boîtier; - configuration de la figure 5: le transistor 22 est activé et durant l'injec- tion la masse électrique est ramenée sur VG-; - configuration de la figure 6, le transistor 26 est activé et durant l'injec- tion la masse électrique est ramenée sur AD+; (pour ces trois configurations, il y a injection sur VD- et recueil sur VD+) On notera que, pour toutes les configurations décrites plus haut, il est possible d'inverser le rôle des électrodes proximales et des électrodes distales. Par ailleurs, I'oreillette gauche peut également être utilisée à la place du ventricule gauche, bien que ce choix entraîne une plus grande complexité et de moindres performances, du fait notamment du recours obligé à des sondes coronaires. REVENDICATIONS 1. Un dispositif médical implantable actif, notamment un stimulateur car- diaque, défibrillateur et/ou cardioverteur, du type multisite dans lequel des électrodes sont placées en une pluralité de sites respectifs distincts com- portant au moins un site ventriculaire et un site auriculaire, ces électrodes étant reliées à un circuit de recueil de signaux cardiaques, pour détecter un potentiel de dépolarisation, ainsi qu'à un circuit de stimulation, pour appliquer des impulsions de stimulation sur au moins certains desdits si- tes, ce dispositif comportant en outre des moyens d'évaluation des besoins métaboliques du patient par mesure de bioimpédance transpulmonaire, ces moyens comprenant: - un circuit d'injection de courant (16) entre une première sortie reliée au boîtier (18) du dispositif et une seconde sortie reliée à un point d'in- jection situé en un premier site atrial (AD-), ou ventriculaire (VD-), et - un circuit de mesure du potentiel différentiel (20) engendré par l'injec- tion de courant entre une première entrée reliée au boîtier (18) du dis- positif et une seconde entrée reliée à un point de mesure situé en un second site atrial (AD+), ou ventriculaire (VD+) respectivement, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de bio- impédance intracardiaque, comprenant des moyens de commutation ap- tes a: - isoler du boîtier (18) la première sortie du circuit d'injection de courant (16) et la première entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel (20), et - relier la première sortie du circuit d'injection de courant et la première entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à un site commun de référence de potentiel, atrial (AD+) ou ventriculaire (VG-; VD+; VG-), distinct des sites (VD-,VD+ AD-,AD+ AD-,AD+ VD-,VD+) aux- quels sont reliés la seconde sortie du circuit d'injection de courant et la seconde entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel, de manière à permettre une mesure d'impédance intracardiaque à partir du signal délivré par le circuit de mesure de potentiel différentiel. 2. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel les moyens de commu- tation sont également aptes à modifier les fréquences de coupure des moyens de filtrage du circuit de mesure dans le sens d'une élévation de la bande de fréquences mesurée. 3. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de com- mutation sont des moyens aptes à: - relier la première sortie du circuit d'injection de courant et la première entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à un site ventricu- laire gauche (VG-) formant ledit site commun de référence de poten- tiel, et - relier la seconde sortie du circuit d'injection de courant et la seconde entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à des sites auricu- laires respectifs distincts (AD-,AD+), ladite bioimpédance intracardiaque mesurée étant une bioimpédance au- riculo-ventriculaire. 4. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de com- mutation sont des moyens aptes à: - relier la première sortie du circuit d'injection de courant et la première entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à un site ventricu- laire droit (VD+) formant ledit site commun de référence de potentiel, et - relier la seconde sortie du circuit d'injection de courant et la seconde entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à des sites auricu- laires respectifs distincts (AD-,AD+), ladite bioimpédance intracardiaque mesurée étant une bioimpédance transvalvulaire. 5. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de com- mutation sont des moyens aptes à: - relier la première sortie du circuit d'injection de courant et la première entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à un site ventricu- laire gauche (VG-) formant ledit site commun de référence de poten- tiel, et - relier la seconde sortie du circuit d'injection de courant et la seconde entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à des sites ventri- culaires droits respectifs distincts (VD-,VD+), ladite bioimpédance intracardiaque mesurée étant une bioimpédance in- terventriculaire. 6. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de com- mutation sont des moyens aptes à: - relier la première sortie du circuit d'injection de courant et la première entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à un site auricu- laire droit (AD+) formant ledit site commun de référence de potentiel, et - relier la seconde sortie du circuit d'injection de courant et la seconde entrée du circuit de mesure de potentiel différentiel à des sites ventri- culaires droits respectifs distincts (VD-,VD+), ladite bioimpédance intracardiaque mesurée étant une bioimpédance transvalvulaire. 7. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel lesdits premier et se- cond sites auriculaires, ou ventriculaires, sont définis par une électrode proximale et une électrode distale d'une même sonde auriculaire, ou ven- triculaire respectivement. 8. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de commutation sont des moyens (22, 24, 26, 28) de commutation de mas- ses électriques.