Brevet FR3092245A1 — publié le 20200807

Description Titre de l'invention : Système implantable comprenant un dispositif de remplissage, système et procédé associés [0001] La présente invention concerne un système implantable. La présente invention se réfère également à un système de communication et/ou de transfert d'énergie comprenant un système implantable. La présente invention concerne en outre un procédé de communication et/ou de transfert d'énergie mis en oeuvre par un système implantable. [0002] On connaît des systèmes implantables susceptibles d'être disposés dans un corps vivant pour une surveillance de paramètres dans le corps d'un patient. De manière générale, de tels systèmes implantables comprennent au moins un capteur configure pour mesurer des paramètres dans les tissus corporels du patient. Le capteur comprend par exemple au moins une électrode. [0003] On connaît également des systèmes implantables qui comprennent un dispositif d'actionnement configure pour stimuler des éléments corporels, tels que des nerfs ou des muscles. Ces dispositifs d'actionnemcnt comprennent par exemple une électrode. [0004] En outre, certains systèmes implantables comprennent au moins une antenne configurée pour échanger des données et/ou de l'énergie avec un dispositif disposé à l'extérieur du corps vivant. [0005] Notamment, certains systèmes implantables comprennent un système de commu- nication muni d'une antenne. Généralement, le système de communication est configure pour établir une communication avec un système externe, tel qu'une montre intelligente (ou « smartwatch » en anglais), destiné à contrôler le système implantable. Selon un exemple, le système de communication est configure pour alimenter le système implantable avec un signal dc communication venant du système externe. [0006] Cependant, de tels systèmes implantables ne sont pas entièrement satisfaisants. En effet, ces systèmes présentent un grand encombrement ce qui nuit par exemple au confort du patient voire empêche l'implantation. [0007] Un but de la présente invention est donc de fournir un système implantable d'encombrement faible tout en présentant une qualité de communication avec un système externe élevée. [0008] A cet effet, la présente invention a pour objet un système implantable comprenant : [0009] - au moins une électrode définissant un espace intérieur, l'électrode étant configurée pour échanger un courant électrique avec une matière organique susceptible d'être située à l'extérieur de l'espace intérieur, et [0010] - au moins un dispositif de contrôle connecté électriquement à l'électrode, 2 [0011] le système implantable comprenant en outre un dispositif de remplissage disposé dans l'espace intérieur, le dispositif de remplissage comprenant un matériau de remplissage occupant au moins partiellement l'espace intérieur, le matériau de remplissage étant distinct d'une matière organique. [0012] Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le système implantable comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : [0013] - le matériau de remplissage du dispositif de remplissage présente un facteur de dis- sipation strictement inférieur à 0,1. [0014] - lequel le dispositif de remplissage présente une surface complémentaire à une surface de l'électrode, la surface complémentaire étant configurée pour guider le champ électrique entre l'électrode et le dispositif de remplissage. [0015] - lequel le dispositif de remplissage est réalisé en un matériau comprenant au moins 80% de céramique. [0016] - le dispositif de remplissage est réalisé en un matériau comprenant au moins 80% de polymère. [0017] - l'électrode forme une antenne configurée pour communiquer avec un dispositif externe distant du système implantable et/ou pour recevoir de l'énergie électrique du dispositif externe. [0018] - l'électrode comprend au moins une spire enroulée en forme de spirale autour d'un axe central comprenant au moins une boucle. [0019] - le dispositif de remplissage comprend au moins une rainure configurée pour recevoir la spire. [0020] - l'électrode forme un revêtement extérieur du dispositif de remplissage. [0021] - l'électrode est configurée pour mesurer une impédance de la matière organique. [0022] - l'électrode est configurée pour convertir une quantité d'énergie chimique disponible dans la matière organique en une quantité d'énergie électrique. [0023] L'invention a également pour objet un système de communication et/ou de transfert d'énergie comprenant un système implantable tel que décrit ci-dessus et un dispositif externe disposé à l'extérieur d'une zone d'implantation dans laquelle le système implantable est susceptible à être disposé, le dispositif externe étant configure pour générer un champ magnétique créant une induction magnétique dans l'électrode. [0024] L'invention a également pour objet un procédé de communication et/ou de transfert d'énergie mis en oeuvre par un système implantable comprenant au moins une électrode définissant un espace intérieur, au moins un dispositif de contrôle connecté électriquement à l'électrode, et un dispositif de remplissage disposé dans l'espace intérieur, le dispositif de remplissage comprenant un matériau de remplissage occupant au moins partiellement l'espace intérieur, le matériau de remplissage étant distinct 3 d'une matière organique, l'électrode étant configurée pour échanger un courant électrique avec une matière organique susceptible d'être située à l'extérieur de l'espace intérieur, le procédé de communication et/ou de transfert d'énergie comprenant la réception par le système implantable d'un champ magnétique comprenant un signal radio ou comprenant la réception d'une charge électrique. [0025] Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la des- cription qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : [0026] - [fig.1] la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un système de commu- nication et/ou de transfert d'énergie selon un premier mode de réalisation de l' invention ; [0027] - [fig.2] la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un système de communication et/ou de transfert d'énergie selon un deuxième mode de réalisation, et [0028] - [fig.3] la figure 3 est un diagramme montrant un exemple d'un facteur de qualité de communication du système de communication et/ou de transfert d'énergie de la figure 1 en fonction de plusieurs facteurs. [0029] Sur la figure 1, un système de communication et/ou de transfert d'énergiel comprend un dispositif externe 8 et un système implantable 10 configuré pour être disposé dans une zone d'implantation 12. [0030] La zone d'implantation 12 comprend par exemple de la matière organique 14, tels que des tissus corporels (non représentés) comprenant par exemple des nerfs ou des muscles. La zone d'implantation 12 est par exemple limitée par la peau 13. [0031] Le dispositif externe 8 est configuré pour être disposé à l'extérieur de la zone d'implantation 12. [0032] Le dispositif externe 8 est par exemple une montre intelligente (ou « smartwatch » en anglais), par exemple porté au poignet. Selon un autre exemple, le dispositif externe 8 est intégré dans un système porté avec un harnais sur le torse. [0033] Le dispositif externe 8 est destiné à être disposé à l'extérieur au voisinage de la zone d'implantation 12. Le dispositif externe 8 est configuré pour générer un champ électromagnétique. Le champ électromagnétique comprend un champ électrique et un champ magnétique. [0034] Le champ magnétique et le champ électrique sont de préférence utilisés dans leur zone de champ proche. [0035] Notamment, le dispositif externe 8 est configuré pour établir une communication avec le système implantable 10 par un signal radio. [0036] Le dispositif externe 8 est par exemple configuré pour générer le champ magnétique comprenant le signal radio et/ou comprenant de l'énergie électrique propre à alimenter le système implantable 10. Le signal radio comprend notamment des données. Les données comprennent par exemple des instructions au système implantable 10. Les instructions dépendent notamment du type du système implantable 10. Selon un exemple, le système implantable 10 est configure pour surveiller un taux de glucose dans la matière organique 14, notamment dans le sang. Selon cet exemple, les données du signal radio comprennent par exemple une instruction d'effectuer une mesure du taux de glucose. D'autres exemples de type de données sont envisageables. [0037] En outre, le dispositif externe 8 est par exemple configure pour générer le champ ma- gnétique comprenant par exemple de l'énergie destinée à être transmise au système implantable 10. [0038] Dans un premier mode de réalisation du système implantable 10, décrit en référence à la figure 1, le système implantable 10 comprend au moins une électrode 16, au moins un dispositif de remplissage 18 et au moins un dispositif de contrôle 20. [0039] L'électrode 16 est en particulier un conducteur électrique. L'électrode 16 est notamment configurée pour fonctionner comme antenne et en outre configurée pour fonctionner comme une électrode, à savoir par exemple d'échanger un courant électrique avec la matière organique 14. [0040] Par exemple, l'électrode 16 est configurée pour faire circuler un courant radio- fréquence, notamment pour une communication. En outre, l'électrode 16 est par exemple configurée pour faire circuler un courant en basse fréquence, ou en courant continu, notamment selon une fonction d'électrode. [0041] L'électrode 16 définit un espace intérieur 22. L'espace intérieur 22 est par exemple un volume sensiblement cylindrique. Notamment, l'électrode 16 est configurée pour former au moins une partie d'une paroi 24 du volume sensiblement cylindrique. Selon un mode de réalisation alternatif, le volume est un volume présentant des sections rectangulaires. [0042] Selon l'exemple de la figure 1, l'électrode 16 comprend une spire 30 enroulée en forme de spirale autour d'un axe central 32. La spire comprend au moins une boucle. Selon un exemple particulier, la spire comprend une boucle unique. Selon un autre exemple, la spire comprend plusieurs boucles. [0043] La spire 30 comprend par exemple une section circulaire. Ainsi, selon cet exemple, l'espace intérieur 22 est un volume sensiblement cylindrique d'axe confondu avec l'axe central 32, et dont l'aire latérale est délimitée par la surface de la spire 30 orientée vers l'axe central 32. [0044] L'électrode 16 est configurée pour échanger un courant électrique avec la matière organique 14 susceptible d'être située à l'extérieur de l'espace intérieur 22. Par exemple, l'électrode 16 est configurée pour générer un courant transmis vers la matière organique 14 ou pour recevoir un courant de la matière organique 14. En particulier, l'électrode 16 est configurée pour stimuler la matière organique 14, tels que des nerfs ou des muscles, au moyen du courant électrique. [0045] L'électrode 16 est notamment configurée pour être en contact direct avec la matière organique 14, et notamment avec les tissus corporels de la zone implantablc 12. [0046] En particulier, une partie extérieure 26 de l'électrode 16 est configurée pour être en contact avec les tissus corporels et une partie intérieure 28 de l'électrode 16 est configure° pour être en contact avec le dispositif de remplissage 18. [0047] En particulier, la partie extérieure 26 est par exemple formée par une portion de la surface de l'électrode 16 orientée à l'écart de l'espace intérieur 22, tandis que la partie intérieure 28 comprend une portion de la surface de l'électrode 16 orientée vers l'espace intérieur 22. [0048] L'électrode 16 est notamment dépourvue d'un revêtement isolant, sa surface étant en particulier conductrice. [0049] Dans un autre exemple, la surface de l'électrode 16 est susceptible d'être recouverte d'un gel biocornpatible, par exemple un gel biocompatible isolant. Le gel Ho-compatible est de préférence configure pour permettre aux espèces (comme par exemple glucose, oxygène...) de diffuser vers une partie conductrice de l'électrode 16. [0050] L'électrode 16 comprend notamment un matériau conducteur, tel que de l'or. [0051] Selon un exemple, l'électrode 16 est associée à une deuxième électrode (non re- présentée). L'électrode 16 et la deuxième électrode forment une pile à combustible configurée pour générer un courant continu en modifiant l'électrode 16 et/ou la deuxième électrode. L'électrode 16 est notamment configurée pour convertir une quantité d'énergie chimique disponible dans la matière organique 14 en une quantité d'énergie électrique. [0052] L'électrode 16 est en outre par exemple configurée pour mesurer une impédance de la matière organique 14, par exemple une impédance des tissus corporels. [0053] L'électrode 16 forme en outre par exemple une antenne configurée pour com- muniquer avec le dispositif externe 8 distant du système implantable 10 et/ou pour recevoir de l'énergie électrique du dispositif externe 8. [0054] Par exemple, l'électrode 16 est configurée pour être exposée dans le champ ma- gnétique créé par le dispositif externe 8. En particulier, l'électrode 16 est configurée pour générer un courant électrique suite à une induction magnétique dans l'électrode 16, résultant de l'exposition au champ magnétique créé par le dispositif externe 8. [0055] Le dispositif de remplissage 18 est disposé dans l'espace intérieur 22. [0056] Le dispositif de remplissage 18 comprend un matériau de remplissage occupant au moins partiellement l'espace intérieur 22. De préférence, le matériau de remplissage remplit la majorité de l'espace intérieur 22, préférablement au moins 80% de l'espace intérieur 22, encore plus préférablement 100%. 6 [0057] Le matériau de remplissage est distinct d'une matière organique. [0058] Cela signifie que le matériau de remplissage diffère du matériau qui serait présent dans la zone d'implantation 12 en l'absence du système implantable 10. En particulier, le matériau de remplissage est distinct de la matière organique 14. [0059] Selon un autre exemple, le matériau de remplissage est distinct des tissus corporels. [0060] Le dispositif de remplissage 18 présente de préférence une géométrie adaptée pour confiner les pertes diélectriques dans un volume (extérieur à 22) de tissus biologique minimum. [0061] Notamment, le dispositif de remplissage présente une géométrie configurée pour réduire le volume biologique exposé au champ électrique. Le champ électrique est susceptible à être généré lors du fonctionnement. [0062] En particulier, le dispositif de guidage est adapté pour guider le champ électrique de manière qu'il soit contenu dans l'espace intérieur 22. [0063] Le champ électrique est susceptible d'être généré lors du fonctionnement du système implantable 10. Notamment, le champ électrique forme une composante du champ électromagnétique susceptible d'être généré par le dispositif externe 8. Selon une variante, le champ électrique est une composante d'un champ électromagnétique susceptible d'être généré par le système implantable 10, notamment par l'antenne 16. [0064] Le matériau du dispositif de remplissage 18 est notamment un matériau à faible facteur de dissipation DE (décrit ci-dessous) configurée pour minimiser les pertes diélectriques associées au champ électrique présent à l'intérieur de l'espace intérieur 22. Notamment, le matériau présente des pertes diélectriques sensiblement inférieures à celles de la matière organique 14. [0065] En d'autres termes, le dispositif de remplissage 18 est configuré pour isoler au moins une partie du champ électrique généré lors du fonctionnement du système implantable 10 dans l'espace intérieur 22 en minimisant les pertes. En particulier, le dispositif de remplissage 18 est configuré pour limiter, de préférence minimiser, le volume de pénétration du champ électrique dans la matière organique 14. [0066] De préférence, le dispositif de remplissage 18 est constitué à au moins 80%, plus pré- férablement à au moins 95%, du matériau diélectrique présentant un facteur de dissipation DF adapté pour minimiser les pertes dielectriques dans l'espace intérieur 22. [0067] Par exemple, le dispositif de remplissage présente un facteur de dissipation étant strictement inférieur à 0,1. [0068] Selon un autre exemple, le dispositif de remplissage 18 est réalisé en un matériau comprenant au moins 80% de polymère. [0069] De préférence, le dispositif de remplissage 18 est composé d'un matériau bio- compatible. [0070] De préférence, le matériau du dispositif de remplissage 18 présente en outre une per- 7 méabilité magnétique Ft configure pour ne pas influencer le champ magnétique susceptible d'être généré par le dispositif externe 8. Par exemple, le matériau du dispositif de remplissage 18 présente une perméabilité magnétique relative jt, sensiblement égale à 1. Selon des variantes, le matériau présente d'autres valeurs de perméabilité. [0071] Le dispositif de remplissage 18 est par exemple réalisé en un matériau comprenant au moins 80% de céramique, de préférence au moins 90% et encore plus préférablement au moins 99%. [0072] Selon des modes de réalisation particuliers, le matériau de remplissage comprend, par exemple, au moins l'un d'un matériau plastique et d'un matériau composite intégrant du carbone. [0073] Le dispositif de remplissage 18 présente notamment une surface complémentaire 33 à une surface de l'électrode 16. La surface complémentaire 33 est en particulier configure° pour guider le champ électrique entre l'électrode 16 et le dispositif de remplissage 18. [0074] Par exemple, le dispositif de remplissage 18 est de forme sensiblement cylindrique, d'axe confondu avec l'axe central 32. Notamment, le dispositif de remplissage 18 présente la forme d'un cylindre plein. [0075] Notamment, dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, comprend une paroi 34 présentant une rainure 36 adaptée pour recevoir l'électrode 16, en particulier pour recevoir la spire 30. La rainure 36 présente notamment une forme de spirale autour de l'axe central 32. [0076] La rainure 36 présente par exemple un fond arrondi 37, configuré pour rentrer en contact avec l'électrode 16, en particulier avec la partie intérieure 28 de l'électrode 16 (visible en particulier sur la figure 1). Selon un exemple particulier, la rainure 36 est adaptée à la forme de l'électrode 16 de manière qu'au plus la moitié de la surface de l'électrode 16 est en contact avec le dispositif de remplissage 18. [0077] Sur la figure 3, des exemples d'un facteur de qualité Q sont représentés. Le facteur de qualité Q définit notamment l'amortissement d'un oscillateur, par exemple l'amortissement d'un signal oscillant dans l'électrode 16 par le matériau dans lequel l'électrode 16 est disposée. En particulier, le facteur de qualité Q définit rapport entre l'énergie emmagasiné et l'énergie dissipé d'un objet, par exemple l'électrode 16. Le facteur de qualité Q est défini comme suit : [0078] [Math.1] 14/ Q-w; 100791 En d'autres termes, le facteur de dissipation DF est relatif à une perte électrique de l'ensemble du champ électrique dans le matériau du dispositif de remplissage 18 ainsi que dans les tissus. Le facteur de dissipation DF permet en en particulier de quantifier 8 le montant d'énergie dissipé par oscillation dans le matériau dans le dispositif dc remplissage 18. En particulier, le facteur de dissipation DE permet de quantifier les pertes. [0080] Le facteur de dissipation DF est réciproque du facteur de qualité du matériau du dispositif de remplissage 18. Le facteur de dissipation DE est en particulier défini comme suit : [0081] [Math.2] DF [0082] Le facteur de dissipation est de préférence strictement inférieur à 0,1, à savoir [0083] [Math.3] DF