Brevet FR3114710A1 — publié le 20220401

DISPOSITIF MÉDICAL IMPLANTABLE ACTIF L’invention concerne un dispositif médical implantable actif comprenant, une fois implanté, un module externe au sujet et un module interne au sujet, le module externe et le module interne étant destinés à transférer de l’énergie et des données de l’un vers l’autre. Figure de l’abrégé : Fig. 1 DISPOSITIF MÉDICAL IMPLANTABLE ACTIF DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne les dispositifs médicaux, plus précisément les dispositifs médicaux implantables actifs (DMIA). ÉTAT DE LA TECHNIQUE De manière classique et bien connue en soi, un dispositif médical implantable actif (DMIA) est défini comme un dispositif dont le fonctionnement dépend d'une source d'énergie autre que celle générée par le corps humain, et qui agit sur cette énergie fournie en en modifiant la densité ou en la convertissant. Un DMIA peut être destiné à être partiellement ou complètement introduit dans le corps humain, de manière à restaurer une fonction vitale, compenser une déficience et/ou mesurer des paramètres physiologiques. Classiquement, un DMIA comprend ainsi au moins un élément actif destiné à être partiellement introduit dans le corps humain par intervention clinique et destiné à rester en place après la procédure pendant au moins 30 jours. Au sens large, il est considéré qu’un DMIA permet de transférer de l’énergie et de l’information de part et d’autre de la peau d’un patient implanté. Il est connu de l’état de la technique que la meilleure option, actuellement, pour gérer le transfert d’énergie et /ou d’informations des implants, est l’option WPT ( wireless power transfer ) se basant sur des transferts de champs électromagnétiques. Ainsi, la plupart des dispositifs implantés comportent deux bobines, la première située à l’extérieure du corps d’un sujet implanté et la deuxième située à l’intérieur du corps du sujet implanté. Ce transfert est donc effectué par liaison sans-fil (inductive), à travers la peau et en champ proche, plus particulièrement via la technologie NFC (HF à 13.56 MHz, selon les standards ISO 14443 ou ISO 15693). La technologie NFC, permet de réduire la taille des bobines. L’acronyme « NFC » signifie « Near Field Communication » et a son acronyme équivalent en français : « CCP » pour « communication en champ proche ». Il s’agit d’une technologie de communication sans fil à courte portée et à haute fréquence. Cette technologie, bien connue en soi, permet l'échange d'informations entre des périphériques, généralement une puce NFC et un lecteur NFC, jusqu'à une distance d'environ 10 cm. Cette technologie est une extension de la norme ISO/CEI 14443 standardisant les cartes de proximité utilisant la radio-identification (RFID) qui combinent une carte à puce et un lecteur au sein d'un seul périphérique. De manière connue de l’état de la technique, les puces NFC sont notamment composées d’une antenne et d’un circuit intégré et présentent un étage d’entrée contenant un circuit de protection (comportant notamment au moins une diode Zener) destiné à protéger la puce NFC, et menant, de fait, à limiter la tension développée dans l’antenne. De manière connue de l’état de la technique, cette caractéristique intrinsèque aux puces NFC limite l’énergie récupérable par d’autres éléments fonctionnels de l’implant. En effet, la limitation intrinsèque à la technologie est que la puce NFC, passive dans le cas présent, restitue peu de l'énergie qu’elle reçoit, induisant un rendement très faible (environ 15 mW récupéré pour 500 mW émis). Ces observations peuvent s’étendre à toute forme de puce comportant une antenne destinée à recevoir de l’énergie et/ou de l’information. L’objectif de l’invention est de transmettre via un lien inductif énergie et données à un dispositif implanté dans le corps, à partir d’un dispositif externe en optimisant l’énergie récupérée tout en maitrisant la portée de l’implant. La présente invention atteint l’objectif susmentionné en proposant l’ajout d’un montage électronique à une puce comportant une antenne associée à un circuit interne, pouvant être une puce NFC, pour permettre d’atteindre une tension développée par l’antenne réceptrice au-delà de limites imposées par la puce. RÉSUMÉ L’invention concerne donc un dispositif médical implantable actif apte à être partiellement implanté dans un sujet, le dispositif comprenant, une fois implanté, un module externe au sujet et un module interne au sujet, le module externe et le module interne étant destinés à transférer de l’énergie et des données de l’un vers l’autre, le module externe comportant une antenne externe, le module interne comportant : une antenne interne ; un circuit intégré interne associé à l’antenne interne ayant une d’impédance d’entrée équivalente de partie capacitive C 4 ; un condensateur de capacité C 3 connecté en série entre l’antenne interne et le circuit intégré interne avec le rapport supérieur ou égal à 0.1, et un montage électronique de récupération d’énergie électrique connecté à l’antenne interne, le montage électronique de récupération étant externe au circuit intégré interne. Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, l’invention permet de transmettre énergie et données à un dispositif implanté dans le corps via un lien transcutané basé sur une technologie comprenant une antenne associée à un circuit intégré, comme par exemple la technologie NFC, l’invention permettant d’adapter l’impédance du circuit intégré (et de l’antenne associée) de manière à optimiser l’énergie récupérée. Cette adaptation d’impédance repose ainsi sur l’ajout d’un montage électronique au circuit intégré (par exemple celui d’une puce NFC) pour permettre à l’antenne associée d’atteindre une tension au-delà des limites imposées par le circuit intégré et d’optimiser le rendement du transfert d'énergie entre le module externe et le module interne du dispositif. Le dispositif selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : le rapport est supérieur ou égal à 0.25, le module externe comporte une unique antenne externe, et en ce que le module interne comporte une unique antenne interne, chaque antenne est reliée à un circuit d’adaptation d’impédance et que chaque antenne et son circuit d’adaptation d’impédance associé résonnent à une fréquence comprise entre 12 et 14 MHz, plus précisément 13,56MHz, le module externe et le module interne sont destinés à transférer de l’énergie et des données de l’un vers l’autre de manière simultanée, le module externe et le module interne sont destinés à transférer des données de l’un vers l’autre de manière bidirectionnelle, le module externe et le module interne sont destinés à transférer de l’énergie et des données de l’un vers l’autre sur une unique bande de fréquences. L’invention a également pour objet un procédé de transfert d’énergie et de données, le procédé étant mis en œuvre au moyen d’un dispositif selon l’une des caractéristiques énoncées ci-dessus, la tension fournie au circuit intégré interne (28) étant comprise entre 100mV et 5V, la tension fournie au montage électronique de récupération d’énergie étant comprises entre 100mV et 50V. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : le débit de transfert entre le module externe et le module interne est compris entre 6kbits/s et 900kbits/s, préférentiellement entre 106kbit/s et 847kbit/s ou entre 6,62kbits/s et 26,48kbits/s, le rendement de transfert énergétique entre le module externe et le module interne est compris entre 10% et 70%, le débit de transfert entre le module externe et le module interne est compris entre 6kbits/s et 900kbits/s, préférentiellement entre 106kbit/s et 847kbit/s ou entre 6,62kbits/s, et 26,48kbits/s et en ce que le rendement de transfert énergétique entre le module externe et le module interne est compris entre 10% et 70%. DESCRIPTION DÉTAILLÉE La présente invention concerne donc un dispositif médical implantable actif (DMIA) 10, plus particulièrement un lien inductif pour DMIA 10, apte à être implanté dans un sujet, tel que schématiquement illustré en . Plus particulièrement, le dispositif 10 comprend deux modules de communication et de transfert d’énergie 12, 14 complémentaires l’un de l’autre (un module externe 12 et un module interne 14) et un stimulateur 15. En lieu et place d’un stimulateur, certains modes de réalisation peuvent, par exemple, présenter un dispositif de mesure de signaux physiologiques ou physiques internes au corps humain, parmi lesquels l’EMG (électromyogramme), l’EEG (électroencéphalogramme), l’ECG (électrocardiogramme), ou l’ENG (électroneurogramme) ou mesure de la température. Lorsque le dispositif 10 est mis en œuvre pour le sujet, le module externe 12 est positionné à l’extérieur du sujet, par exemple fixe sur la peau du sujet, et le module interne 14 est implanté à l’intérieur du sujet, par exemple sous la peau du sujet. Le stimulateur 15 est connecté au module interne 14 et se retrouve donc, après implantation, également positionné à l’intérieur du sujet. Dans le mode de réalisation comportant un stimulateur 15, ce stimulateur 15 peut être destiné à stimuler des tissus, nerfs ou muscles par exemple, afin de contrôler des organes ou des mouvements de membres du corps. Le module externe 12 et le module interne 14 sont destinés à transférer de l’énergie et des données de l’un vers l’autre. L’énergie est ensuite transférée vers le stimulateur 15. Plus particulièrement, le transfert d’énergie se fait de manière unidirectionnelle du module externe 12 vers le module interne 14, et le transfert de données peut être bidirectionnel, du module externe 12 vers le module interne 14 et vice versa. Selon le mode de réalisation illustré en , le module externe 12 est un lecteur NFC 16 comprenant : un générateur 18 modélisé, sur la figure 1, par un générateur sinusoïdal G de fréquence 13,56MHz et la résistance R G associée, une antenne externe 20 (et la résistance R 20 associée) connectée au générateur 18, un réseau externe d’adaptation d’impédance 22 situé entre le générateur 18 du lecteur NFC 16 et l’antenne externe 20, le réseau externe d’adaptation d’impédance 22 comportant un premier condensateur de capacité C 1 et un deuxième condensateur de capacité C 2 branchés de manière à former un pont diviseur capacitif. L’utilisation d’un lecteur NFC permet un échange de données dans deux directions. Les données échangées concernent : des ordres et paramètres de stimulation du module externe 12 vers le module interne 14, des réponses, notifications d’erreurs et données mesurées retournées du module interne 14 vers le module externe 12. De manière bien connue en soi, l’adaptation d'impédance est une technique permettant d'optimiser le transfert d'une puissance électrique entre un émetteur et un récepteur électrique pour optimiser l’échange de données et/ou d’énergie entre le récepteur et l’émetteur, notamment l’échange de signaux de télécommunications. Le module interne 14 comprend : une antenne interne 24 (et la résistance R 24 associée), une puce NFC 26 destinée à coopérer avec le lecteur NFC 16 du module externe 12, la puce NFC 26 étant connectée à l’antenne interne 24 par un troisième condensateur de capacité C 3 , la puce NFC 26 comportant par ailleurs un circuit intégré interne 28 présentant une impédance d’entrée équivalente Z dont la partie capacitive est modélisée par un quatrième condensateur de capacité C 4, et , le rapport étant supérieur ou égal à 0.1, C 3 et C 4 formant un pont diviseur capacitif, un montage électronique de récupération d’énergie électrique (non référencé) connecté à l’antenne interne 24 et destiné à pourvoir le simulateur 15 en énergie électrique, le montage électronique de récupération étant externe au circuit intégré interne 28 de la puce NFC 26, le montage électronique de récupération d’énergie comportant un circuit de redressement 30 situé en amont d’un montage électronique de stockage d’énergie et un circuit de régulation de tensions (non représentés), le circuit de redressement 30 comportant plusieurs diodes D 1 , D 2 , D 3 , D 4 destinées à générer une source de tension continue destinée à alimenter le montage électronique de récupération d’énergie, un réseau interne d’adaptation d’impédance 32 situé entre l’antenne interne 24 et le circuit de redressement 30, ce réseau interne d’adaptation d’impédance 32 comportant un cinquième et un sixième condensateurs respectivement de capacités C 5 , C 6 branchés de manière à former un réseau en L, permettant d’accorder l’impédance. Dans le mode de réalisation illustré en , la valeur de la résistance RG est de 50Ω, les résistances R20 et R24 est de 5Ω. Par ailleurs, la valeur de la première capacité C1 est de 38pF, celle de la deuxième capacité C2 est de 62pF, et celle de la capacité C3 est 36pF. La valeur de la quatrième capacité C4 est de 35pF, celle de la cinquième capacité C5 est de 6,8pF et la valeur de la sixième capacité C6 est de 8,2pF. Dans d’autres modes de réalisation, les valeurs des différentes capacités peuvent légèrement varier, restant toutefois du même ordre de grandeur. Dans le cas de la présente invention, le module externe 12 comporte une unique antenne externe 20, et le module interne 14 comporte une unique antenne interne 24. Chaque antenne 20, 24 est à la fois une antenne réceptrice et une antenne émettrice. Plus particulièrement, l’antenne externe 20 est une antenne émettrice d’énergie et de données, et, potentiellement, une antenne réceptrice de données, et l’antenne interne 24 est une antenne réceptrice de données et d’énergie et, potentiellement, une antenne émettrice de données. Les antennes externe et interne 20, 24 sont conçues pour obtenir une valeur d'inductance qui permet de résonner à une fréquence comprise entre 12 et 14 MHz, plus précisément à une fréquence de 13,56 MHz ( fréquence dite ISM ), compte tenu de l’impédance d'entrée équivalente Z du circuit intégré interne 28 de la puce NFC 26. Grâce à ces deux antennes 20, 24, le module externe 12 et le module interne 14 transfèrent de l’énergie et des données de l’un vers l’autre de manière simultanée, et sur une unique bande de fréquences. De plus, comme déjà mentionné, le module externe 12 et le module interne 14 peuvent transférer des données de l’un vers l’autre de manière bidirectionnelle. Comme déjà indiqué en introduction, la puce NFC 26 présente un étage d’entrée contenant un circuit de protection (comportant notamment au moins une diode Zener) menant à limiter la tension développée aux bornes de l’antenne interne 24. Dans un mode de réalisation alternatif, la protection peut être obtenue au moyen d’une cascade de diodes classiques. Ceci limite l’énergie récupérable par le montage de récupération d’énergie électrique destiné à alimenter le stimulateur 15. L’ajout du condensateur C 3 connecté en série permet de limiter la tension fournie au circuit intégré interne 28 de la puce NFC 26 tout en maintenant une tension élevée à la borne d'entrée du montage électronique de récupération d’énergie électrique, permettant ainsi un bon approvisionnement énergétique du stimulateur 15. Le rapport exprime la répartition de l’énergie entre le montage électronique de récupération d’énergie électrique et la puce NFC 26. En l’absence de capacité C 3 , le rapport est zéro et les transferts d’énergie sont très limités. Il a été observé que pour un rapport supérieur à 0.1, le transfert d’énergie est nettement amélioré. De préférence, le rapport est supérieur à 0.25, ou même supérieur à 0.3. De préférence, le rapport est inférieur à 0.9, ou même inférieur à 0.7. Si le rapport tend vers 1, c'est comme s'il n'y avait plus de pont diviseur capacitif et la diode Zener de la puce NFC 26 se remet à limiter la tension d'entrée du circuit de récupération d'énergie électrique. Dans le cas contraire, pour un rapport tendant vers 0, la puce NFC 26 ne reçoit plus de signal et tout est transféré au circuit de récupération d'énergie, selon : Dans un mode de réalisation, le rapport est compris entre 0.3 et 0.6. Dans cette configuration, du point de vue du montage électronique de récupération d’énergie électrique, la puce NFC 26 est considérée comme un condensateur en parallèle avec une résistance variable dont la valeur dépend de la tension d’entrée, de manière à modéliser l’effet Zener d’une puce NFC réelle par exemple, faisant partie du réseau d’adaptation d’impédance entre l’antenne interne 24 et le montage électronique de récupération d’énergie électrique. Ainsi, dans la présente invention, l’ensemble formé par le troisième condensateur C 3 , le circuit intégré interne 28 de la puce NFC 26 et le réseau interne d’adaptation d’impédance 32 assure à la fois : - l’accord d’impédance pour optimiser le couplage entre l’antenne interne 24 et le montage électronique de récupération d’énergie électrique, - la déviation d’une partie de l’énergie reçue, de manière à assurer une alimentation énergétique stable et suffisante pour le montage électronique de récupération d’énergie électrique sans affecter le fonctionnement de la puce NFC 26. La particularité du lien transcutané de la présente invention est ainsi de transférer simultanément de l’énergie et des données (les données étant en plus transférées de manière bidirectionnelle) par un seul et même lien en champ proche, et donc une seule et même antenne de chaque côté de la peau du sujet, en récupérant une quantité d’énergie optimisée au niveau du module interne 14. Les avantages de la présente invention par rapport à l'état de l'art sont : le transfert d'énergie s’effectue en même temps que la communication, sans contraintes mutuelles, le dispositif 10 ne comporte qu'un seul jeu d’antennes 20, 24, à savoir une seule antenne de chaque côté de la peau du sujet, évitant l’utilisation de plusieurs antennes et réduisant ainsi grandement l’encombrement stérique, l’énergie et les données sont transmises sur une seule et même bande de fréquence, le dispositif 10 est compatible avec un système de lecture NFC standard, la portée du transfert de données est réduite, contribuant à limiter les risques d’écoute et d’intrusion et garantissant ainsi une meilleure sûreté de transmission. En particulier, le fait de n’utiliser qu’un seul jeu d’antennes 20, 24 permet de concilier échange d’informations et d’énergie ce qui rompt avec l’état de la technique : en effet, de manière classique les dispositifs comportent deux systèmes séparés (l’un pour les informations, l’autre pour l’énergie) alors que l’approche de la présente invention permet de fusionner les deux, réduisant de fait l’encombrement. Ce résultat est obtenu sans complexification du dispositif vu qu’il ne s’agit que de l’ajout de quelques composants passifs. Plusieurs implants de l’état de la technique ne comportent qu’une seule antenne, toutefois, lesdites antennes ne fonctionnent pas dans cette bande de fréquence et pas NFC (HF à 13.56 MHz, selon les standards ISO 14443 ou ISO 15693) avec récupération d’énergie. Le dispositif 10 selon l’invention permet de mettre en œuvre un procédé de transfert transcutané d’énergie et de données dans lequel la tension fournie au circuit intégré interne 28 est comprise entre 100mV et 5V, et la tension fournie au montage électronique de récupération d’énergie est comprise entre 100mV et 50V. Le rendement de transfert énergétique entre le module externe 12 et le module interne 14 est ainsi compris entre 10% et 70%. Le débit de transfert entre le module externe 12 et le module interne 14 est par ailleurs compris entre 6kbits/s et 900kbits/s, préférentiellement entre 106kbit/s et 847kbit/s ou entre 6,62kbits/s et 26,48kbits/s, de manière à Si l'on souhaite également couvrir la norme ISO/IEC 15693. Le point essentiel de la présente invention réside donc dans l'augmentation de l'efficacité du transfert d'énergie transcutané en associant un circuit intégré, par exemple une puce NFC standard, avec un montage électronique de récupération d’énergie externe au circuit intégré, de manière à obtenir un dispositif 10 qui combine un bon rendement de transfert énergétique avec un lien de communication sans fil fiable. DESCRIPTION DES FIGURES est un schéma électronique d’un dispositif selon la présente invention, est un schéma fonctionnel d’un dispositif selon la présente invention. Dispositif médical implantable actif (10) apte à être partiellement implanté dans un sujet, le dispositif comprenant, une fois implanté, un module externe (12) au sujet et un module interne (14) au sujet, le module externe (12) et le module interne (14) étant destinés à transférer de l’énergie et des données de l’un vers l’autre, le module externe (12) comportant une antenne externe (20), le module interne (14) comportant : une antenne interne (24) ; un circuit intégré interne (28) associé à l’antenne interne (24) ayant une d’impédance d’entrée équivalente de partie capacitive C4 ; un condensateur de capacité C3 connecté en série entre l’antenne interne (24) et le circuit intégré interne (28) avec le rapport supérieur ou égal à 0.1, et un montage électronique de récupération d’énergie électrique connecté à l’antenne interne (24), le montage électronique de récupération étant externe au circuit intégré interne (28). Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rapport est supérieur ou égal à 0.25. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module externe (12) comporte une unique antenne externe (20), et en ce que le module interne (14) comporte une unique antenne interne (24). Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque antenne (20, 24) est reliée à un circuit d’adaptation d’impédance (22, 32) et que chaque antenne (20, 24) et son circuit d’adaptation d’impédance associé (22, 32) résonnent à une fréquence comprise entre 12 et 14 MHz, plus précisément 13,56MHz. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module externe (12) et le module interne (14) sont destinés à transférer de l’énergie et des données de l’un vers l’autre de manière simultanée. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module externe (12) et le module interne (14) sont destinés à transférer des données de l’un vers l’autre de manière bidirectionnelle. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module externe (12) et le module interne (14) sont destinés à transférer de l’énergie et des données de l’un vers l’autre sur une unique bande de fréquences. Procédé de transfert d’énergie et de données, le procédé étant mis en œuvre au moyen d’un dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la tension fournie au circuit intégré interne (28) étant comprise entre 100mV et 5V, la tension fournie au montage électronique de récupération d’énergie étant comprises entre 100mV et 50V. Procédé de transfert d’énergie et de données selon la revendication 10 , caractérisé en ce que le débit de transfert entre le module externe (12) et le module interne (14) est compris entre 6kbits/s et 900kbits/s, préférentiellement entre 106kbit/s et 847kbit/s ou entre 6,62kbits/s et 26,48kbits/s. Procédé de transfert d’énergie et de données selon la revendication 10 , caractérisé en ce que le rendement de transfert énergétique entre le module externe (12) et le module interne (14) est compris entre 10% et 70%. Procédé de transfert d’énergie et de données selon la revendication 10 , caractérisé en ce que le débit de transfert entre le module externe et le module interne est compris entre 6kbits/s et 900kbits/s, préférentiellement entre 106kbit/s et 847kbit/s ou entre 6,62kbits/s, et 26,48kbits/s et en ce que le rendement de transfert énergétique entre le module externe et le module interne est compris entre 10% et 70%.