Brevet FR2818554A1 — publié le 20020628

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, notamment les dispositifs stimulateurs car- diaques, défibrillateurs et/ou cardioverteurs permettant de délivrer au coeur des impulsions électriques de faible énergie pour le traitement des troubles du rythme cardiaque. L'invention n'est cependant pas limitée à ces dispositifs particuliers mais s'applique aussi bien, comme on le comprendra, à tout dispositif médical implantable délivrant des stimuli électriques à un tissu par l'intermédiaire d'un conducteur ou d'une sonde. Ces dispositifs comportent un générateur contenant les divers circuits électroniques et la pile d'alimentation du dispositif. Ce générateur est relié électriquement et mécaniquement à une sonde pourvue d'électrodes de stimulation intracardiaque permettant de détecter les potentiels de dépo- larisation du myocarde et délivrer à ce dernier, en tant que de besoin, les impulsions de stimulation produites par le générateur. Un paramètre important d'une sonde implantée est son impédance, car ce paramètre conditionne le courant nécessaire à la stimulation (d'autant plus faible que l'impédance à l'interface coeur/électrode est élevée) et, par voie de conséquence, la durée de vie du stimulateur. Cette impédance est un paramètre qui peut évoluer au cours du temps, car il dépend non seulement des caractéristiques intrinsèques de la son- de (géométrie, matériaux, etc.) mais aussi des caractéristiques électri- ques de l'interface sonde/myocarde, qui peuvent évoluer au cours du temps pour diverses raisons, en particulier l'évolution de l'environnement de la tête de sonde (formation de tissu réactionnel de contact) et l'altéra- tion du matériau conducteur formant l'électrode de la sonde. Il importe donc de pouvoir mesurer régulièrement l'impédance de la son- de, pour voir si cette impédance reste dans des limites acceptables et ré- ajuster éventuellement les paramètres électriques de délivrance de l'im- pulsion de stimulation en fonction de la valeur ainsi mesurée. Cette mesure est rendue difficile par le fait que l'impédance de la sonde est une impédance complexe, comprenant une composante résistive pure et une composante capacitive, composantes qui peuvent varier chacune de manière différente au cours du temps. L'impédance de sonde Zs peut être modélisée par une résistance pure Rs en série avec une capacité Ch appelée "capacité de Helmholtz". La com- posante résistive est seule responsable du courant consommé à chaque stimulus, tandis la composante capacitive est, pour sa part, responsable de la perte par polarisation à l'interface coeur/électrode. La plupart des prothèses actuelles opèrent une évaluation de l'impédance complexe qui amalgame Rs et Ch, et qui se trouve au surplus être très im- précise et variable en fonction du signal de mesure utilisé: la valeur du résultat fourni par ces appareils varie notamment selon la durée de l'im- pulsion électrique de stimulation,. Le WO-A-99/58192 propose un procédé permettant de déterminer isolé- ment les composantes résistives et capacitives pour pallier ces inconvé- nients, mais il nécessite une circuiterie complexe, mettant notamment en oeuvre une résistance shunt dans le circuit de stimulation. L'un des buts de l'invention est de proposer un procédé de mesure de la composante résistive d'une sonde de prothèse implantable indépendam- ment de la composante capacitive, et ceci de manière exacte et reproduc- tible, permettant ainsi de déterminer avec toute la précision voulue le cou- rant nécessaire à la stimulation et, corrélativement, évaluer la durée de vie probable de la prothèse. Comme on le verra, I'invention permet également, si on le souhaite, la dé- termination de la composante capacitive de l'impédance de sonde (capa- cité de Helmholtz), indépendamment de la composante résistive. Ce para- mètre permet notamment d'évaluer la perte par polarisation, problème qui réapparaît en effet avec les électrodes à très faible surface (de l'ordre de 1,5 mm2 ou moins), après avoir été résolu en donnant aux électrodes dis- tales une structure granuleuse procurant de fortes capacités de Helmholtz dont on pouvait s'affranchir en pratique. À cet effet, le procédé de l'invention comprend les étapes consistant à produire une impulsion de stimulation par décharge dans la sonde d'une capacité-réservoir du dispositif, préalablement amenée à un niveau de tension donné; mesurer la variation de la tension aux bornes de la capa- cité-réservoir pendant la durée de la décharge; et déterminer l'impédance de sonde à partir de la tension ainsi mesurée. De façon caractéristique de l'invention, I'étape de mesure comprend l'é- chantillonnage d'au moins trois valeurs successives de la tension aux bor- nes de la capacité-réservoir, et l'étape de détermination comprend la dé- termination séparée des composantes résistive et/ou capacitive de l'impé- dance de la sonde à partir desdites au moins trois valeurs de tension é- chantillonnées ainsi obtenues. Très avantageusement, ladite détermination est opérée par calcul algé- brique, notamment en opérant l'échantillonnage à des instants choisis de manière que le troisième temps d'échantillonnage corresponde à une du- rée double du deuxième temps d'échantillonnage, le premier temps d'é- chantillonnage étant pris au début de l'impulsion de stimulation. Dans un premier mode de mise en oeuvre, lesdites au moins trois valeurs successives sont échantillonnées au cours de la même impulsion de sti- mulation. Dans un second mode de mise en oeuvre, lesdites au moins trois valeurs successives sont échantillonnées au cours d'au moins deux impulsions de stimulation successives, de préférence produites de sorte que l'une soit de durée double de l'autre, les instants d'échantillonnage étant choisis au début et à la fin de chacune des deux impulsions. 0 On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre de l'invention, en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique des divers éléments et circuits impli- qués dans la mesure de l'impédance de sonde selon l'invention. La figure 2 illustre le profil de l'impulsion de stimulation permettant la me- sure d'impédance selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention. La figure 3 illustre le profil des impulsions de stimulation utilisées dans un second mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Comme on l'a indiqué au début de la description, du point de vue électri- que la sonde 10 peut être modélisée par une impédance Zs constituée d'une résistance pure Rs en série avec une capacité de liaison Ch dite capacité de Helmholtz. Par convention, cette impédance de sonde Zs englobe aussi celle du con- ducteur reliant la sonde proprement dite au générateur 20, notamment les résistances ohmiques de circuiterie en sus des résistances des tissus. Le circuit de stimulation comprend, essentiellement, une capacité-réser- voir 22 de valeur C, un commutateur 24 piloté par un signal logique s(t) et une capacité de liaison 26 de valeur C'. La capacité C est chargée par un circuit approprié, non représenté (clas- sique en lui-même). La fermeture du commutateur 24 provoque la déchar- ge de cette capacité et par voie de conséquence l'envoi de l'impulsion électrique de dépolarisation à la sonde et au myocarde. La mesure d'impédance est opérée par mesure de la tension V(t) aux bor- nes de la capacité C. Cette mesure est réalisée par un diviseur-échantil- lonneur-bloqueur 28 et un convertisseur analogique/numérique 30 apte à délivrer une valeur numérisée de tension au microcontrôleur 32. Le circuit 28 est conçu pour modifier le rapport de division en fonction de l'amplitu- de de la tension stockée dans la capacité C, de manière à ramener la ten- sion divisée dans la gamme de conversion du convertisseur 30. Le microcontrôleur 32 assure la mémorisation des valeurs de tension me- surées, ainsi que les divers calculs. En variante, notamment si les calculs sont trop complexes et/ou ou trop longs, le microcontrôleur peut se con- tenter de transmettre par télémétrie les valeurs mesurées et mémorisées à un programmateur externe, qui effectuera alors les calculs requis. L'impulsion de stimulation présente l'allure générale illustrée figure 2. Lorsqu'à l'instant to le commutateur 24 est fermé par la commande logique s(t), la capacité-réservoir C se décharge dans un circuit comprenant, en série, le commutateur 24, la capacité de liaison C', la capacité de Helmholtz Ch et la résistance Rs (les résistances série du commutateur et des conducteurs de routage, typiquement de quelques ohms ou quelques dizaines d'ohms au plus, sont prises en compte dans Rs car négligeables devant cette dernière: moins de 1 % de la valeur Rs). La tension V(t) aux bornes de la capacité-réservoir C décroît, à partir de l'instant to et jusqu'à l'instant ti de réouverture du commutateur 24, suivant une loi exponentielle, classique des réseaux RC, donnée par: Vo * [C + Cs*exp{-t/Rs*(1/C + 1/C,)}] V(t) = C+Cs avec Cs = 1 / (1/C' + 1/Ch), V0 étant la tension initiale aux bornes de C. De façon caractéristique de l'invention, la tension V(t) est échantillonnée puis convertie en numérique de façon à obtenir trois valeurs de tension consécutives: V0 à l'instant to, V0,5 à un instant to,5 à mi-durée d'impulsion, et V1 à l'instant t1 correspondant à la fin de l'impulsion. À partir de ces valeurs, il est possible par un calcul algébrique d'obtenir les valeurs des composantes de l'impédance de sonde, données par: -Vo * t * (V0 - 2*Vo,5 + V1) Rs = et 2 * C * L, [(Vo-V1)/(Vo-Vo,5) 1] * (Vo-Vo,5)2 C *C' Ch =- C' * [((Vo*V) -05) / (Vo-V05)2] - C l'instant to étant choisi comme origine des temps. On notera que le choix, pour le troisième temps d'échantillonnage (t1), d'une durée égale au double de la durée du second temps d'échantillon- nage (to,s) permet de donner une solution analytique au calcul et évite ain- si un calcul itératif, qui serait sinon très lourd à mettre en oeuvre compte tenu des ressources limitées en terme de puissance de calcul, que ce soit au sein de l'implant ou même par un programmateur. Une variante de mise en oeuvre de ce procédé est illustrée figure 3. Au lieu d'effectuer le triple échantillonnage au cours d'une seule et même impulsion de stimulation, il est possible d'utiliser deux impulsions de sti- mulation consécutives, de même amplitude et de durée double l'une de l'autre, en échantillonnant pour chacune d'elles la valeur de tension aux bornes de la capacité-réservoir C au début et à la fin des impulsions res- pectives. De préférence, l'impulsion la plus courte est la première, car la décharge du condensateur C est ainsi moindre. La mise en oeuvre du procédé par cette variante est certes un peu moins précise, car elle présuppose que la tension de stimulation initiale V0 soit exactement la même pour les deux impulsions. Elle est toutefois plus sim- ple à mettre en oeuvre et ne nécessite pas des moyens de calcul aussi rapides que la première méthode. Enfin, tout ce qui a été décrit précédemment l'a été dans le contexte d'une configuration unipolaire, mais s'applique bien entendu aussi, mutatis mu- tandis, à une configuration bipolaire. On notera que, dans une configura- tion bipolaire, la capacité modélisée Ch est la somme de capacités corres- pondant aux deux électrodes, proximale et distale, et que la capacité de l'électrode proximale est très supérieure à celle de l'électrode distale, compte tenu de la forme annulaire, de plus grande surface, de cette élec- trode proximale. REVENDICATIONS 1. Un procédé de mesure de l'impédance complexe d'une sonde de dispo- sitif médical implantable actif, notamment de dispositif stimulateur cardia- que, défibrillateur et/ou cardioverteur, procédé comprenant les étapes consistant à: - produire une impulsion de stimulation par décharge dans la sonde (10) d'une capacité-réservoir (22) du dispositif (20), préalablement amenée à un niveau de tension donné, - mesurer la variation de la tension (V(t)) aux bornes de la capacité- réservoir pendant la durée de la décharge, et - déterminer l'impédance de sonde (Zs) à partir de la tension ainsi me- surée, procédé caractérisé en ce que: - l'étape de mesure comprend l'échantillonnage d'au moins trois valeurs successives (Vo, V0,5, V1) de la tension aux bornes de la capacité- réservoir, et - l'étape de détermination comprend la détermination séparée des com- posantes résistive (Rs) et/ou capacitive (Ch) de l'impédance de la son- de à partir desdites au moins trois valeurs de tension échantillonnées ainsi obtenues. 2. Le procédé de la revendication 1, dans lequel ladite détermination est opérée par calcul algébrique. 3. Le procédé de la revendication 1, dans lequel l'échantillonnage est opéré à des instants (to, to5, t,) choisis de manière que le troisième temps d'échantillonnage (t1) corresponde à une durée double du deuxième temps d'échantillonnage (to,5), le premier temps d'échantillonnage (to) étant pris au début de l'impulsion de stimulation. 4. Le procédé de la revendication 1, dans lequel lesdites au moins trois valeurs successives (V0, Vo,5, V1) sont échantillonnées au cours de la mê- me impulsion de stimulation. 5. Le procédé de la revendication 1, dans lequel lesdites au moins trois valeurs successives (Vo, V0,5, V1) sont échantillonnées au cours d'au moins deux impulsions de stimulation successives. 6. Le procédé de la revendication 5, dans lequel lesdites deux impulsions successives de stimulation sont produites de sorte que l'une soit de durée double de l'autre, les instants d'échantillonnage étant choisis au début (to, to) et à la fin (to,5, t,) de chacune des deux impulsions.