Brevet FR3125720A1 — publié le 20230203

STIMULATION NEURALE ENTRELAC É E L’invention concerne un dispositif de stimulation neurale configuré pour appliquer des activations neurales comprenant au moins deux séquences d’impulsions de courant entrelacées. Figure de l’abrégé : Fig. 3 STIMULATION NEURALE ENTRELACÉE DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne les stimulateurs neuraux, en particulier les stimulateurs destinés à la restauration du mouvement de membres paralysés. Ces stimulateurs sont destinés à activer un ou plusieurs muscles par excitation d'un nerf au moyen d'un stimulus électrique ÉTAT DE LA TECHNIQUE La proportion de personnes atteintes de tétraplégie suite à un traumatisme médullaire ou cervical est en constante croissance. Améliorer la qualité de vie de ces personnes est un défi, et la restauration de la capacité de préhension est une priorité, tant l’utilisation des mains est un facteur clé de la qualité de la vie quotidienne. Différentes approches ont été développées pour restaurer les fonctions de la main, du poignet et de l’avant-bras, qui concourent au mécanisme de préhension. Des méthodes chirurgicales – transferts musculo-tendineux ou transplantations nerveuses – sont envisageables dans les cas où un nombre suffisant de muscles est encore contrôlé de manière volontaire par la personne tétraplégique. Alternativement, il est possible d’utiliser des méthodes de stimulations électriques, soit appliquées directement aux muscles – ce qui requiert des dispositifs invasifs et nombreux – soit appliquées sur des nerfs intacts en aval de la lésion. Cette dernière méthode consiste à placer des électrodes sur les nerfs assurant l’innervation des muscles contrôlant la main et le poignet, en particulier : le nerf médian, le nerf ulnaire (ou cubital) et la branche superficielle du nerf radial. Les deux approches, stimulation musculaire et neurale, peuvent être combinées. Il est désormais connu de stimuler sélectivement les nerfs médian et radial afin de restaurer des mouvements élémentaires comme la prise par opposition subterminale (pince), la prise penta-digitale palmaire (sphérique) ou la prise à pleine main par exemple – voir Selective neural electrical stimulation restores hand and forearm movements in individuals with complete tetraplegia ; Tigra et al. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation (2020) 17:66 ; DOI : 10.1186/s12984-020-00676-4. Toutefois, ces méthodes de stimulation demeurent incomplètes car elles ne permettent pas de restaurer les mouvements de préhension dans toute leur complexité. La présente invention vise à dépasser ces limites en proposant un dispositif de stimulation appliquant des stimulations, notamment neurales, plus complexes. RÉSUMÉ L’invention concerne donc un dispositif de stimulation neurale comprenant au moins une électrode neurale comportant au moins deux contacts électriques et destinée à être implantée sur au moins un nerf ; un générateur d’impulsions de courant connecté à la au moins une électrode neurale par l’intermédiaire d’un répartiteur de courant ; un moyen de stockage configuré pour contenir une librairie de séquences, chaque séquence comprenant une série temporelle d’impulsions de courant associée à une configuration de contacts électriques ; et un séquenceur configuré pour appliquer une activation neurale à la au moins une électrode neurale, ladite activation neurale comprenant au moins deux séquences entrelacées. Dans un mode de réalisation, le dispositif de stimulation neurale comprend en outre un contrôleur configuré pour appliquer une succession d’activations neurales. Dans un mode de réalisation, la au moins une électrode neurale comprend une pluralité de configurations de contacts électriques. Dans un mode de réalisation, les impulsions de courant sont des stimuli biphasiques équilibrés en charge et dont la première phase a une amplitude comprise entre 10 µA et 6000 µA et une durée comprise entre 5 µs et 1 ms. Dans un mode de réalisation, les séquences comprennent une succession de 5 à 100 impulsions de courant, lesdites impulsions étant répétées à une fréquence comprise entre 1 Hz et 1 kHz. Dans un mode de réalisation, la librairie de séquence contient des séquences personnalisées pour un patient. L’invention concerne aussi une méthode de neurostimulation comprenant la sélection d’au moins deux séquences dans une librairie de séquences, chaque séquence comprenant une série temporelle d’impulsions de courant associée à une configuration de contacts électriques ; et l’application d’une activation neurale à au moins une électrode neurale comportant au moins deux contacts électriques et destinée à être implantée sur au moins un nerf, ladite activation neurale comprenant l’entrelacement des au moins deux séquences et l’adressage des impulsions de courant des au moins deux séquences vers les au moins deux contacts électriques par un répartiteur de courant. Dans un mode de réalisation, la méthode de neurostimulation comprend en outre la répétition de l’application d’une activation neurale. L’invention concerne enfin une activation neurale comprenant l’entrelacement d’au moins deux séquences choisies dans une librairie de séquences, chaque séquence comprenant une série temporelle d’impulsions de courant associée à une répartition de courant entre plusieurs contacts électriques ; et l’adressage des impulsions de courant des au moins deux séquences vers les au moins deux contacts électriques d’une électrode neurale destinée à être implantées sur un nerf. DÉFINITIONS Dans la présente invention, les termes ci-dessous sont définis de la manière suivante : “ Contact électrique ” concerne une surface d’une électrode neurale, cette surface étant au contact du nerf à stimuler et reliée électriquement au dispositif de stimulation neurale. Une électrode neurale peut comprendre plusieurs contacts électriques répartis sur différents anneaux. “ Configuration de contacts électriques ” concerne une configuration dans laquelle chaque contact électrique d’une électrode neurale est associé à un rôle d’anode « a », de cathode « c » ou n’est pas connecté « - ». “ Configuration de stimulation ” concerne une configuration dans laquelle sont définis, pour une configuration de contacts électriques donnée, les amplitudes des impulsions de courants qui sont envoyées dans chaque contact. “ Electrode neurale ” concerne une électrode destinée à être implantée au contact d’un nerf afin d’y appliquer des stimuli électriques. “ Entrelacement ” concerne la superposition temporelle de deux – ou plus – séries de signaux électriques, en partie de deux – ou plus – séquences d’impulsions de courant. “ Impulsion de courant ” concerne un signal électrique bref, caractérisé par sa forme, son amplitude et sa durée. L’impulsion de courant est typiquement rectangulaire, mais peut adopter toute autre forme – triangulaire, asymétrique, biphasique… – selon les besoins de la stimulation neurale. L’amplitude de l’impulsion est typiquement comprise entre 10 µA et 10 mA. La durée de l’impulsion est typiquement comprise entre 5 µs et 1 ms. De plus, l’impulsion de courant peut être positive – injection de charges électriques – ou négative – retrait de charges électriques. “ Stimulus biphasique ” concerne un stimulus comprenant deux phases, séparées par un temps d’interstimulation visant à maintenir la pré-polarisation induite par la première phase du stimulus biphasique. Le temps d’interstimulation est typiquement compris entre 25 µs et 150 µs. “ Stimulus biphasique équilibré en charge ” concerne un stimulus biphasique pour lequel la quantité de charges mise en œuvre lors de la première phase – charges injectées – est égale à la quantité de charges mise en œuvre lors de la deuxième phase – charges retirées – les signes des charges étant toutefois opposés dans les deux phases. Au total, aucune charge nette n’est injectée ou retirée par un stimulus biphasique équilibré en charge. Les deux phases peuvent avoir des formes, amplitudes et durées différentes à condition que les quantités de charges soient identiques. DESCRIPTION DES FIGURES est une représentation d’une électrode neurale de type gouttière. Cette électrode (en haut à gauche) comprend trois anneaux A, B et C. Chaque anneau comporte quatre contacts électriques notées 1, 2, 3 et 4. Sur les anneaux extérieurs A et C, les quatre contacts sont reliés de sorte à former un seul potentiel électrique tout autour du nerf. Sur l’anneau intérieur B, les quatre contacts sont distincts et peuvent être connectés différemment. Les connexions anodiques sont notées « a », la connexion cathodique est notée « c » et les contacts électriques non connectés sont notés « - ». Dans la configuration de contacts électriques TLR, les anneaux extérieurs forment deux anodes et l’anneau intérieur comporte une cathode sur l’un de ses contacts électriques. Dans la configuration de contacts électriques TTR, la configuration de contacts électriques TLR est complétée par deux anodes situées sur l’anneau intérieur, immédiatement adjacentes à la cathode. Dans la configuration de contacts électriques STR, la configuration de contacts électriques TLR est complétée par une anode située sur l’anneau intérieur, diamétralement opposée à la cathode. Enfin, dans la configuration de contacts électriques TT, seul un anneau est utilisé (ici, l’anneau intérieur noté B, mais cela pourrait être un anneau extérieur A ou C) et comporte une cathode sur l’un de ses contacts électriques et deux anodes immédiatement adjacentes à la cathode. représente l’ordre des recrutements musculaires pour un patient dans diverses configurations de contacts électriques ; cadran de gauche : TLR ; cadran central : STR ; cadran de droite : TTR. Chaque cadran contient huit secteurs correspondants aux huit contacts électriques de l’anneau intérieur de l’électrode neurale de type gouttière. Chaque secteur représente l’ordre de recrutement successif de chaque muscle (dès qu’il dépasse 10% de son recrutement) lorsque le contact électrique de l’anneau intérieur correspondant au secteur est utilisé comme cathode. représente une activation neurale résultant de l’entrelacement de deux séquences, chaque séquence comprenant des impulsions de courant sous forme de stimuli biphasiques équilibrées. MODES DE RÉALISATION ILLUSTRATIFS DE L'INVENTION La présente invention se comprendra mieux à la lecture des exemples suivants qui illustrent non-limitativement l’invention. Un patient souffrant de tétraplégie a été opéré afin de lui implanter deux électrodes gouttières, l’une sur le nerf médian et l’autre sur le nerf radial. Les électrodes gouttière avaient la structure décrite en , avec deux anneaux extérieurs et un anneau central disposant de 8 contacts électriques pour le nerf médian et de 6 contacts électriques pour le nerf radial. Les configurations de contact électrique employées sont les configurations TTR (tripolaire transverse), TLR (tripolaire longitudinale) et STR (steering current – pilotage de courant), représentées sur la . Afin de créer une librairie de séquences personnalisée pour ce patient ; différentes configurations de stimulations – configuration de contacts, amplitudes des impulsions et séquence – ont été appliquées et les réponses musculaires mesurées via des dispositifs de mesure électromyographiques, par analyse d’images des mouvements provoqués ou par mesure des forces exercées par les muscles stimulés. Ces mesures ont permis de définir des courbes de recrutement pour chaque muscle. Ainsi, ont été déterminées les réponses induites par le nerf médian de : flexor carpi radialis ( FCR ) responsable de la flexion du poignet, p ronator teres ( PT ) responsable de la pronation de l’avant-bras et du poignet, flexor digitorum superficialis ( FDS ) responsable de la flexion des doigts (sauf le pouce) flexor pollicis longus ( FPL ) responsable de la flexion du pouce, et abductor pollicis brevis ( APB ) responsable de l’abduction du pouce. Par ailleurs, ont été déterminées les réponses induites par le nerf radial de extensor carpi radialis ( ECR ) responsable de l’extension du poignet, extensor pollicis longus ( EPL ) responsable de l’extension du pouce, et extensor digitorum communis ( EDC ) responsable de l’extension des doigts. La représente la succession des recrutements musculaires lorsque l’intensité de stimulation augmente pour une configuration de contacts électriques – formant une configuration de stimulation – permettant de recruter chaque muscle : recrutement de APB, FDS, FPL, PT et FCR dans les configurations de contacts TLR, STR et TTR. Ces graphiques associés aux courbes de recrutement de chaque muscle permettent d’identifier, pour une configuration de contact donnée, les niveaux à partir desquels les dits muscles sont recrutés et l’ordre dans lequel ces dits muscles sont activés. Il est alors possible de définir des séquences personnalisées pour le patient, ces séquences permettant d’activer sélectivement un muscle ou plusieurs muscles simultanément. La représente de manière simplifiée deux séquences de la librairie. Un stimulus biphasique équilibrée en charge et symétrique – -a, première phase d’amplitude 300 µA et de durée 150 µs et seconde phase identique, mais de signe opposé, après un temps d’interstimulation de 25 µs – est répétée à une fréquence de 25 Hz – période de 40 ms – pour former une première séquence – -b – de 15 impulsions. Un stimulus biphasique équilibrée en charge – -c, première phase d’amplitude linéairement croissante jusqu’à 150 µA et de durée 150 µs et seconde phase d’amplitude 150 µA et de durée 75 µs mais de signe opposé, après un temps d’interstimulation de 25 µs – est répétée à une fréquence de 25 Hz – période de 40 ms – pour former une deuxième séquence – -d – de 15 impulsions. Chaque séquence permet de recruter successivement de un à plusieurs muscles du patient, lorsqu’elle est associée à une configuration de contacts et une amplification particulière, définie par la courbe de recrutement correspondante. Il s’agit donc d’induire des synergies d’actions musculaires différentes. Ces synergies peuvent ensuite être combinées grâce à l’entrelacement des séquences sur un ou plusieurs nerfs. Afin de coordonner plusieurs mouvements musculaires et d’obtenir une fonction motrice, les deux séquences sont entrelacées, comme illustré -e. Il faut noter que les impulsions successives sont appliquées par des configurations de contact différentes, mais qu’après chaque impulsion, aucune charge nette n’a été injectée au patient, du fait de la nature équilibrée en charge des impulsions. L’application de la stimulation neurale de ces deux séquences entrelacées conduit à des mouvements complexes qui ne peuvent pas être obtenus pas application successive de deux séquences. En effet, si les séquences sont appliquées successivement, les muscles activés par une séquence vont se relaxer lorsque cette séquence s’achève et ne pourront pas agir en synergie avec les muscles activés par la séquence suivante. Dispositif de stimulation neurale comprenant au moins une électrode neurale comportant au moins deux contacts électriques et destinée à être implantée sur au moins un nerf ; un générateur d’impulsions de courant connecté à la au moins une électrode neurale par l’intermédiaire d’un répartiteur de courant ; un moyen de stockage configuré pour contenir une librairie de séquences, chaque séquence comprenant une série temporelle d’impulsions de courant associée à une configuration de contacts électriques ; et un séquenceur configuré pour appliquer une activation neurale à la au moins une électrode neurale, ladite activation neurale comprenant au moins deux séquences entrelacées. Dispositif de stimulation neurale selon la revendication 1 , comprenant en outre un contrôleur configuré pour appliquer une succession d’activations neurales. Dispositif de stimulation neurale selon la revendication 1 ou 2 , dans lequel la au moins une électrode neurale comprend une pluralité de configurations de contacts électriques. Dispositif de stimulation neurale selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 , dans lequel les impulsions de courant sont des stimuli biphasiques équilibrés en charge et dont la première phase a une amplitude comprise entre 10 µA et 6000 µA et une durée comprise entre 5 µs et 1 ms. Dispositif de stimulation neurale selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 , dans lequel les séquences comprennent une succession de 5 à 100 impulsions de courant, lesdites impulsions étant répétées à une fréquence comprise entre 1 Hz et 1 kHz. Dispositif de stimulation neurale selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 , dans lequel la librairie de séquence contient des séquences personnalisées pour un patient.