EP3813924A1 - Procede et systeme de stimulation neuro-musculaire - Google Patents

Procede et systeme de stimulation neuro-musculaire

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EP3813924A1
EP3813924A1 EP19745702.1A EP19745702A EP3813924A1 EP 3813924 A1 EP3813924 A1 EP 3813924A1 EP 19745702 A EP19745702 A EP 19745702A EP 3813924 A1 EP3813924 A1 EP 3813924A1
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EP
European Patent Office
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stimulation
signal
muscle
electrodes
pulses
Prior art date
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Pending
Application number
EP19745702.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
André GILLE
Pascal BLONDELLE
Hubert Forgeot
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Ga Promotion
Original Assignee
Ga Promotion
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Publication date
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    • A61B5/4041—Evaluating nerves condition
    • A61B5/4052—Evaluating nerves condition efferent nerves, i.e. nerves that relay impulses from the central nervous system

Definitions

  • the present invention relates to the field of neuro-muscular stimulation consisting in causing the triggering, by electrical, magnetic or haptic pulses, of the muscular contraction of a muscle affected by paresis by central lesion or by damage to the peripheral nerve.
  • the denervated muscle loses its activity, which has consequences on its structure and its trophicity with atrophy of the muscle fibers. These modifications start from the first week following denervation and are predominant during the first month.
  • the stimulation of a denervated muscle differs from that of a healthy muscle in that the activation of muscle fibers requires specific stimuli.
  • the measurement of chronaxies makes it possible to establish whether the denervation is weak, partial or total.
  • excito-motor treatment is to maintain trophism and limit muscular sclerosis to allow the muscle to be as functional as possible at the end of the re-innervation process which can sometimes last several months.
  • the pulses are generated by a device and transmitted by electrodes placed on the skin in the immediate vicinity of the muscles to be stimulated or by haptic or magnetic excitations.
  • the pulses mimic the action potential from the central nervous system, causing a muscle sensory biofeedback, including muscle contraction.
  • Neuro-muscular electrical stimulation is generally used as a therapeutic intervention for muscle building. It can be used to increase the strength of an injured or healthy muscle. It is generally used on the superficial muscles of the arms, shoulder girdle, perineal or abdominal, legs and lower back.
  • An isolated lesion with specific reductions in muscle strength, such as weakness of the quadriceps or lumbar artery or pelvic muscles is the most common degradation treated by neuromuscular electrical stimulation (NMS) to allow contraction of paralyzed muscles.
  • NMS neuromuscular electrical stimulation
  • a lesion of the central nervous system of medullary origin which can cause paraplegia, or of cerebral origin (stroke) which can cause hemiplegia or even originate from other neuromotor disorders. It is also used in the field of sport for training the muscles and recovering them after exercise.
  • EMG electromyography
  • Devices using EMG to control electrical stimulation of a given muscle require placing on said muscle either five different and specific electrodes, including two electrodes for electrical stimulation and three electrodes for EMG, or a combination of at least three electrodes, including two active electrodes for stimulation and for EMG measurement and a reference electrode grounded and grounded.
  • the electrodes used in this type of device must provide a uniform electrical distribution on the skin of a person under the entire surface of the electrode, in other words a constant current density per unit area of the electrode to ensure coupling. correct. Due to the natural curves inherent in the human body, it is obvious that the electrodes must not only be flexible to adhere perfectly to the contours of the skin under the electrode, but also to accommodate the relative movements of the person's skin.
  • Stimulation can also be achieved by mechanical vibrations applied to the patient's skin in the vicinity of the muscle to be rehabilitated, or by magnetic excitations.
  • EP3315168 which describes a neurostimulation system in the context of the restoration of locomotion in patients suffering from a spinal cord injury (SCI) is known in the prior art and consists in electrically stimulating the spinal cord during a voluntary and / or assisted walk.
  • This patent proposes to administer epidural stimulation of the electrical spinal cord based on brain activity controlled by a neurosensor, such as a network of electrodes. In this way, the application of electrical stimulation can be controlled in a closed loop in response to changes in brain activity.
  • the method described in this patent aims, in a first mode, to monitor the activity of the motor cortex while not stimulating any nerve fibers and, in a second mode, by stimulating the nerve fiber (s) and monitor the activity of the motor cortex during and after stimulation of the nerve fiber (s).
  • This solution relates to a context totally different from the invention, namely the use of cortex activity signals to control non-denervated muscles, in cases of spinal cord injury, while the invention on the contrary relates to the reeducation of a muscle, in particular denervated from a patient whose nervous system presents no disorder.
  • This prior art document therefore has no relevance with regard to the invention which is the subject of this patent.
  • Patent application US20180036531 relates to a system for controlling stimulation pulses.
  • Stimulation pulses are known in the art, in particular electrical muscle stimulation (EMS) or vibration to stimulate various biological tissues such as muscles and nerves. The goal is to allow athletes to learn, train or improve optimal movement sequences.
  • EMS electrical muscle stimulation
  • This prior art solution relates to a device for controlling stimulation pulses during stimulation on a user, comprising a sensor, at least one data processing unit and at least one pulse unit, in which
  • the senor is suitable for measuring one or more measured values
  • the data processing unit is configured to generate a control signal to the pulse unit as a function of the measured value or values of the sensor or sensors
  • the pulse unit is capable of triggering stimulation pulses and is configured to vary one or more stimulation pulse parameters according to the control signal, in particular when the control signal is generated, a comparison between the measured value (s) and the threshold is performed.
  • This document does not relate to the rehabilitation of a muscle, in particular denervated, but the learning of sequences of movements by stimulation cycles aimed at creating reflexes for a user without muscular disorders.
  • Patent application US20180001086 describes flexible sheets that can be used in systems, methods and devices for neuromuscular stimulation, detection and recording.
  • Such systems are used to receive thought signals indicating an intentional action and to provide electrical stimulation to the nerves and / or muscles in order to perform the intended action, thereby bypassing or assisting a damaged or degenerate region / pathway of the system. nervous.
  • the flexible sheets of the present description can be used to make neuromuscular stimulation cuffs, also called here "neural sleeves", which deliver stimulation to restore movement in parts of the body not under voluntary control due to neural regions / pathways. damaged or degenerated, brain or spinal cord injury, stroke, nerve damage, neuromotor disease and other conditions
  • the system can also be used in a patient with local degeneration of neurons or muscles for therapeutic or rehabilitative purposes.
  • Patent application W02016196784 describes a process for the rehabilitation of a patient with a motor impairment, comprising the steps consisting in:
  • the intention to move is captured by different sensors and the stimulation is not specific to a given muscle but to a set of muscles concerned by the intention to move.
  • the invention relates, according to its most general meaning, to a method of muscular stimulation consisting in applying via skin electrodes pulse sequences characterized in that the triggering of a sequence of pulses is controlled by the detection of a physiological signal of muscular biological feedback from a subject, the frequency of the pulses being between 0.5 Hz and 200 Hz.
  • physiological a bioelectric or mechanical signal produced by the activation of a measured muscle, voluntarily by the decision of a subject actively participating in exercise and / or involuntarily (for example, after activation
  • An electroencephalographic (EEG) or electro-spinal signal is not assimilated to a physiological biological muscle feedback signal within the meaning of this patent because it does not make it possible to discern a particular muscle to be rehabilitated and does not make it possible to detect activation. of a denervated muscle.
  • the stimulations are either of the electrical type and applied by electrodes formed by elements conducting electric current, or of the mechanical type, under the form of transcutaneous vibration stimulation from 30 to 100 hours applied by electrodes constituted in this case by transducers, for example piezoelectric transducers.
  • electrode covers, within the meaning of this patent, the two types of applicators, namely an electrical conductor or an electromechanical vibratory transducer.
  • - Said physiological signal is detected by a second series of skin electrodes different from a first series of electrodes for the application of said pulse sequences.
  • - Said physiological signal is detected by the series of skin electrodes used for the application of said pulse sequence, the method comprising a step for extracting from the measurement signal the information correlated to said pulse sequence.
  • the triggering and the maintenance of a pulse sequence is controlled by the detection of a muscular activity in response to an action of the patient, in the absence of stimulation, by skin electrodes detecting an electromyographic surface signal, the frequency of the pulses being between 0.5 Hz and 200 Hz.
  • the process controls the recording of muscle activity simultaneously with the passage of stimulation.
  • said detection of muscle activity corresponds to the contraction of a first muscle group and in that said pulse sequence is applied to a second muscle group.
  • said detection of a muscle activity corresponds to the contraction of a first muscle group and in that said sequence of pulses and recording of muscle activity is applied to a second muscle group. it includes a step of triggering a sequence of pulses controlled by the detection of involuntary muscle activity in the absence of stimulation and in the absence of patient action, by skin electrodes detecting an electromyographic surface signal , the pulse frequency being less than 10 Hz.
  • the energy of the pulses is a function of the characteristics of the electromyographic signals detected.
  • the electrical pulses are regulated in voltage and in current as a function of the characteristics of the electromyographic signals detected.
  • the invention also relates to a muscle stimulation system for implementing the method according to the above invention, characterized in that it comprises at least one stimulation electrode and two detection electrodes and a computer controlling the generation of a pulse stimulation sequence with a frequency between 0.5 Hz and 200 Hz, after the detection of muscle activity in the absence of stimulation.
  • the system also includes a multidirectional inertial sensor secured to a skin electrode. - It has a plurality of outputs delivering the same EMG signal, for the connection of a plurality of electrodes to simultaneously re-educate several muscle groups.
  • Radio frequency communication means for the transmission of stimulation information and of detection of physiological signals to remote equipment.
  • It includes means for transcutaneous vibration stimulation from 30 to 100 Hz.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a system for implementing the invention
  • FIG. 2 shows a view of the block diagram of a generator for equipment according to the invention.
  • the invention relates generally to a method and a system for muscle or nerve stimulation by the application, via skin electrodes, of sequences of electrical pulses.
  • ESM muscle electrostimulation
  • Muscle electrostimulation sends external electrical impulses which act on the across the skin. In both cases, the muscle reacts and contracts.
  • the invention also applies to electrostimulation of the vagus nerve.
  • the muscle or nervous group to be treated can be determined selectively by the application of skin electrodes.
  • the invention relates more particularly to the use of electrostimulation for rehabilitation, for the recovery of full control of muscle control.
  • the invention consists in detecting not such a sound indirectly correlated to the will of the patient, but a physiological signal by one or more skin bioelectric sensors.
  • These signals include:
  • EMG Electromyogram
  • the invention consists in positioning skin sensors on the patient allowing the detection of signals selected physiological parameters, to process the detected electrical signal and to command the triggering of a sequence of pulses as a function of the result of this processing, for example by exceeding a threshold.
  • the sequence of electro-stimulation signals has a pulse frequency between 0.5 Hz and 200 Hz.
  • the physiological signal is an ECG signal
  • the electrical level is of the order of a millivolt.
  • Signal processing includes amplification, filtering and sampling, for example at a sampling frequency between 5 and 15 kHz.
  • Digital filtering eliminates high frequency signals secondary to muscle activity other than cardiac and interference from electrical devices.
  • a low frequency filter makes it possible to reduce the undulations of the baseline secondary to respiration.
  • the electrodes which collect the signal are placed directly on the skin facing the muscle to be studied. This detection consists in recording the electrical activity of muscles and nerves.
  • Figure 1 illustrates the use of a stimulation system for the implementation of the invention.
  • It comprises an electronic box (1) comprising an electronic circuit for measuring and controlling the electrical pulses applied by means of electrodes, as well as a set of electrodes.
  • These electrodes include:
  • a patch (2) having on its surface two measuring electrodes (3, 4). These electrodes are connected to the EMG signal measurement input, and are placed on the patient's expiratory muscle area
  • the electronic unit (1) also communicates with connected computer equipment, for example a computer (10), a tablet (11) or a cellular telephone (12) to receive the information acquired and processed by the unit (1) and for transmit adjustment parameters.
  • connected computer equipment for example a computer (10), a tablet (11) or a cellular telephone (12) to receive the information acquired and processed by the unit (1) and for transmit adjustment parameters.
  • the sensors intended for the acquisition of physiological signals of muscular biological feedback are according to the chosen variants:
  • Cutaneous electric electrodes physically separate from the electrical stimulation electrodes, for example conductive tablets placed on a support capable of being applied against the skin and maintained by a biocompatible adhesive, a strip; or textiles
  • One or more dual-function electrodes used alternately for signal pickup
  • the electronic circuit comprises a chopper with two electronic switches making it possible to connect the common electrode alternately to the input and to the output of the circuit.
  • a balloon equipped with a pressure sensor delivering a signal depending on the effort exerted by a muscle.
  • Electrical stimulation via conductive electrodes applied to the patient's skin in the vicinity of the muscle to be rehabilitated can be replaced by
  • It can also be applied by a pulsed magnetic field, applied in the vicinity of the muscle to be rehabilitated.
  • the electric electrodes are then replaced by a device for local magnetic stimulation, comprising at least two magnetic coils, which are
  • Functional electrostimulation in which a muscle or nerve is electrically stimulated via contact electrodes in order to effect a muscle contraction in order to support or replace certain physiological processes.
  • Functional magnetic stimulation causes muscle contraction, triggered without contact by appropriate magnetic fields.
  • the application device for pelvic muscles can take the form of a chair, the seat of which incorporates the magnetic coils.
  • Figure 2 shows a schematic view of the electronic circuit.
  • This circuit (21) receives as input the measurement of the transcutaneous resistance measured by the measurement electrodes (3, 4) and produces a control voltage V totai such that:
  • I stim designates the stimulation current level set by the practitioner.
  • This voltage supplies a circuit composed of 4 electronic switches, in particular of 4 thyristors (22 to 25) which makes it possible to control the passage of the stimulation voltage either in one direction, when the switches (23 and 25) are closed, or in the opposite direction when the switches (22 and 24) are closed.
  • This thyristor bridge is connected to a load shedding circuit (26) controlling the voltage V diest so that
  • V st ⁇ designates the level of voltage absorbed by the patient through the electrodes with regard to the current which is set by the practitioner.
  • This load shedding circuit (26) is connected to a current controller (28) via a fuse (27).
  • This current controller (28) controls a slope of current with respect to the setpoint, for a time evolution with a first period of increase in current, then of hold at a current plateau, then decrease the current to 0.
  • a power module converts the electrical stimulation signals into pulsed electrical signals supplying the magnetic coils.
  • the intensity of the physiological biological feedback signal is recorded with
  • the difference in intensity between the physiological biological feedback signal and the stimulation signal is recorded, to calculate a profile representative of the degree of rehabilitation.
  • These indicators are used to control a visual indicator, for example a series of LEDs activated according to the level of the difference signal, or a graphic indicator.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de stimulation consistant à appliquer par l'intermédiaire d'électrodes cutanées des séquences d'impulsions électriques. Le déclenchement d'une séquence d'impulsions est commandé par la détection d'un signal physiologique d'un sujet par rétroaction biologique, la fréquence des impulsions étant comprise entre 0,5 Hz et 200 Hz.

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE STIMULATION NEURO-MUSCULAIRE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne le domaine de la stimulation neuro-musculaire consistant à provoquer le déclenchement par des impulsions électriques, magnétiques ou haptiques de la contraction musculaire d'un muscle atteint de parésie par lésion centrale ou par atteinte du nerf périphérique.
Le muscle dénervé perd son activité ce qui entraîne des conséquences sur sa structure et sa trophicité avec atrophie des fibres musculaires. Ces modifications débutent dès la première semaine suivant la dénervation et sont prépondérantes au cours du premier mois.
La stimulation d'un muscle dénervé se différencie de celle d'un muscle sain par le fait que l'activation des fibres musculaires requiert des stimulis particuliers.
En présence d'une lésion traumatique des nerfs périphériques, la mesure des chronaxies permet d'établir si la dénervation est faible, partielle ou totale.
Un traitement excito-moteur a pour but de maintenir le trophisme et de limiter la sclérose musculaire pour permettre au muscle d'être le plus fonctionnel possible à la fin du processus de réinnervation qui peut durer parfois plusieurs mois .
L'efficacité de ce type de traitement dépend beaucoup de la configuration correcte des paramètres de stimulation ; ceux-ci doivent être définis spécifiquement pour chaque patient et doivent évoluer avec le temps .
Les impulsions sont générées par un appareil et transmises par des électrodes placées sur la peau à proximité directe des muscles à stimuler ou encore par des excitations haptiques ou magnétiques. Les impulsions imitent le potentiel d'action provenant du système nerveux central, provoquant une rétroaction biologique («biofeedback») sensitive musculaire, notamment une contraction des muscles.
La stimulation électrique neuro-musculaire est généralement utilisée comme intervention thérapeutique pour le renforcement musculaire. Elle peut être utilisée pour augmenter la force d'un muscle lésé ou sain. Elle est généralement utilisée sur les muscles superficiels des bras, de la ceinture scapulaire, périnéale ou abdominale, des jambes et du bas du dos. Une lésion isolée avec des réductions spécifiques de la force musculaire, telles que la faiblesse du quadriceps ou des paradorsaux lombaires ou des muscles pelviens est la dégradation la plus habituelle traitée par NMS ( «neuromuscular electrical stimulation») pour permettre la contraction des muscles paralysés suite à une lésion du système nerveux central, d'origine médullaire pouvant provoquer une paraplégie, ou d'origine cérébrale (accident vasculaire cérébral AVC) pouvant provoquer une hémiplégie ou encore originaire d'autres troubles neuromoteurs. Elle est également utilisée dans le domaine du sport pour l'entraînement des muscles et leur récupération après 1 ' effort .
La neurostimulation est parfois associée à 1 ' électromyographie (EMG) consistant à enregistrer les potentiels électriques émis par un muscle lors de sa contraction volontaire. L'EMG de surface donne accès aux muscles superficiels. Lors d'une contraction faible, on observe quelques potentiels d'unités motrices battant à basse fréquence. Lors d'une contraction plus forte, on observe un phénomène de recrutement temporel et spatial. L'amplitude de l'EMG est proportionnelle à la force de contraction délivrée par le muscle.
Les appareils utilisant l'EMG pour contrôler une stimulation électrique d'un muscle donné, nécessitent de placer sur ledit muscle soit cinq électrodes différentes et spécifiques, dont deux électrodes pour la stimulation électrique et trois électrodes pour l'EMG, soit une combinaison d'au moins trois électrodes, dont deux électrodes actives pour la stimulation et pour la mesure EMG et une électrode de référence mise à la masse et à la terre.
Les électrodes utilisées dans ce type d'appareil doivent fournir une répartition électrique uniforme sur la peau d'une personne sous la surface entière de l'électrode, autrement dit une densité de courant constante par unité de surface de l'électrode pour assurer un couplage correct. En raison des courbes naturelles propres au corps humain, il est évident que les électrodes doivent non seulement être souples pour adhérer parfaitement aux contours de la peau sous l'électrode, mais également pour s'accommoder aux mouvements relatifs de la peau de la personne.
La stimulation peut aussi être réalisée par des vibrations mécaniques appliquées à la peau du patient au voisinage du muscle à rééduquer, ou par des excitations magnétiques .
Etat de la technique
On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet européen EP3315168 qui décrit un système de neurostimulation dans le contexte de la restauration de la locomotion chez les patients souffrant d'une lésion de la moelle épinière (SCI) consiste à stimuler électriquement la moelle épinière au cours d'une marche volontaire et / ou assistée. Ce brevet propose d'administrer une stimulation épidurale de la moelle épinière électrique basée sur l’activité cérébrale contrôlée par un neurocapteur, tel qu'un réseau d'électrodes. De cette manière, l'application de la stimulation électrique peut être contrôlée en boucle fermée en réponse aux changements de l'activité cérébrale. Le procédé décrit dans ce brevet vise, dans un premier mode, à surveiller l'activité du cortex moteur tout en ne stimulant aucune fibre nerveuse et, dans un second mode, en stimulant le ou les fibres nerveuses et surveiller 1 ' activité du cortex moteur pendant et après la stimulation de la ou des fibres nerveuses. Cette solution concerne un contexte totalement différent de l'invention, à savoir l'utilisation des signaux d'activité du cortex pour commander des muscles non dénervés, dans les cas de lésions de la moelle épinière, alors que l'invention concerne au contraire la rééducation d'un muscle, notamment dénervé d'un patient dont le système nerveux ne présente aucun trouble. Ce document de l'art antérieur ne présente donc aucune pertinence au regard de l'invention objet du présent brevet.
La demande de brevet US20180036531 concerne un système de contrôle des impulsions de stimulation. Les impulsions de stimulation sont connues dans la technique, en particulier la stimulation électrique musculaire (EMS) ou vibratoire pour stimuler divers tissus biologiques tels que les muscles et les nerfs. Le but est de permettre aux athlètes d'apprendre, d' entraîner ou d'améliorer des séquences de mouvements optimales. Cette solution de l'art antérieur concerne un dispositif destiné à commander des impulsions de stimulation lors d’une stimulation sur un utilisateur, comprenant un capteur, au moins une unité de traitement de données et au moins une unité à impulsions, dans lequel
a) le capteur convient pour mesurer une ou plusieurs valeurs mesurées,
b) l’unité de traitement de données est configurée pour générer un signal de commande à l’unité d’impulsions en fonction de la ou des valeurs mesurées du capteur ou des capteurs c) l’unité d’impulsion est capable de déclencher des impulsions de stimulation et est configurée pour faire varier un ou plusieurs paramètres d’impulsion de stimulation en fonction du signal de commande, en particulier lorsque le signal de commande est généré, une comparaison entre la ou les valeurs mesurées et le seuil est effectué.
Ce document ne concerne pas la rééducation d'un muscle, notamment dénervé, mais l'apprentissage de séquences de mouvements par des cycles de stimulation visant à créer des réflexes pour un utilisateur sans troubles musculaires.
La demande de brevet US20180001086 décrit des feuilles souples pouvant être utilisées dans des systèmes, des procédés et des dispositifs de stimulation, de détection et d'enregistrement neuromusculaires. Généralement, de tels systèmes sont utilisés pour recevoir des signaux de pensée indiquant une action intentionnelle et fournir une stimulation électrique aux nerfs et / ou muscles afin de réaliser l'action envisagée, en contournant ou aidant ainsi une région / voie endommagée ou dégénérée du système nerveux. Les feuilles souples de la présente description peuvent être utilisées pour fabriquer des manchettes de stimulation neuromusculaire, également appelées ici "manchons neuronaux", qui délivrent une stimulation pour rétablir le mouvement dans des parties du corps non sous contrôle volontaire en raison de régions / voies neurales endommagées ou dégénérées, d'une lésion au cerveau ou à la moelle épinière, d'un accident vasculaire cérébral, d'une lésion nerveuse, d'une maladie neuro-motrice et d'autres affections Le système peut également être utilisé chez un patient présentant une dégénérescence locale des neurones ou des muscles à des fins thérapeutiques ou de rééducation.
Ce document n'apporte pas de solution au domaine de la rééducation par stimulation d'un muscle, notamment dénervé.
La demande de brevet W02016196784 décrit un procédé de rééducation d’un patient présentant une déficience motrice, comprenant les étapes consistant à :
recevoir des signaux électriques d'électrodes placées sur ou dans la tête du patient;
- déterminer une intention de déplacer une partie spécifique du corps du patient à partir des signaux électriques; déterminer un niveau de mise au point du patient à partir des signaux électriques et basé sur l'intention de se déplacer et de se concentrer au niveau, délivrant une stimulation électrique à travers les électrodes de manchon d'un manchon positionné sur la partie spécifique du corps du patient afin de provoquer le mouvement de la partie spécifique du corps.
L'intention de se déplacer est capté par différents capteurs et la stimulation n'est pas spécifique à un muscle donné mais à un ensemble de muscles concernés par l'intention de mouvement .
Solution apportée par l'invention
Afin de remédier à cet inconvénient, l'invention concerne selon son acception la plus générale un procédé de stimulation musculaire consistant à appliquer par l'intermédiaire d'électrodes cutanées des séquences d'impulsions caractérisé en ce que le déclenchement d'une séquence d'impulsions est commandé par la détection d'un signal physiologique de rétroaction biologique musculaire d'un sujet, la fréquence des impulsions étant comprise entre 0,5 Hz et 200 Hz .
On entend par « signal physiologique de rétroaction biologique musculaire » ou en raccourci par « signal
physiologique » un signal bioélectrique ou mécanique produit par l'activation d'un muscle mesuré, volontairement par la décision d'un sujet participant activement à l'exercice et/ou involontairement (par exemple, après une activation
artificielle du muscle mesuré par une stimulation électrique ou haptique). Un signal électro-encéphalographique (EEG) ou électro-spinal n'est pas assimilé à un signal physiologique rétroaction biologique musculaire au sens du présent brevet car il ne permet pas de discerner un muscle particulier à rééduquer et ne permet pas de détecter l'activation d'un muscle dénervé.
Les stimulations sont soit de type électrique et appliquées par des électrodes formées par des éléments conducteurs de courant électrique, soit de type mécanique, sous la forme de stimulation vibratoire transcutanée de 30 à 100 H appliquées par des électrodes constituées dans ce cas par des transducteurs, par exemple des transducteurs piézoélectriques. Le terme d'électrode recouvre, au sens du présent brevet, les deux types d'applicateurs, à savoir un conducteur électrique ou un transducteur vibratoire électromécanique.
Selon des variantes indépendantes ou combinées entre elles :
- ledit signal physiologique est détecté par une deuxième série d'électrodes cutanées différente d'une première série d'électrodes pour l'application de ladite séquences d ' impulsions .
- ledit signal physiologique est détecté par la série d'électrodes cutanées utilisée pour l'application de ladite séquence d'impulsions, le procédé comportant une étape pour extraire du signal de mesure les informations corrélées à ladite séquence d'impulsions.
- le déclenchement et le maintien d'une séquence d'impulsions est commandé par la détection d'une activité musculaire en réponse d'une action du patient, en l'absence de stimulation, par des électrodes cutanées détectant un signal électromyographique de surface, la fréquence des impulsions étant comprise entre 0,5 Hz et 200 Hz.
- le procédé commande l'enregistrement de l'activité musculaire simultanément au passage de la stimulation.
ladite détection d'une activité musculaire correspond à la contraction d'un premier groupe musculaire et en ce que ladite séquence d'impulsions est appliquée à un deuxième groupe musculaire.
ladite détection d'une activité musculaire correspond à la contraction d'un premier groupe musculaire et en ce que ladite séquence d'impulsions et d'enregistrement de l'activité musculaire est appliquée à un deuxième groupe musculaire . il comporte une étape de déclenchement d'une séquence d'impulsions commandée par la détection d'une activité musculaire involontaire en l'absence de stimulation et en l'absence d'action du patient, par des électrodes cutanées détectant un signal électromyographique de surface, la fréquence des impulsions étant inférieure à 10 Hz.
l'énergie des impulsions est fonction des caractéristiques des signaux électromyographiques détectés.
les impulsions électriques sont régulées en tension et en courant en fonction des caractéristiques des signaux électromyographiques détectés.
il comporte l'acquisition d'un signal d ' électromyographique et un traitement pour annuler dans le signal électrocardiogramme la composante correspondant audit signal d' électromyographique.
- il comporte en outre la génération d'un signal sonore fonction du signal électromyographique détecté.
- il comporte en outre la commande d'une source lumineuse au moment de la stimulation.
L'invention concerne également un système de stimulation musculaire pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention qui précède caractérisé en ce qu'il comporte au moins une électrode de stimulation et deux électrodes de détection et un calculateur commandant la génération d'une séquence impulsionnelle de stimulation avec une fréquence comprise entre 0,5 Hz et 200 Hz, après la détection d'une activité musculaire en l'absence d'une stimulation.
Selon des variantes indépendantes ou combinées entre elles :
- Le système comporte en outre un capteur inertiel multidirectionnel solidaire d'une électrode cutanée . - il comporte une pluralité de sorties délivrant le même signal EMG, pour le raccordement d'une pluralité d'électrodes pour rééduquer simultanément plusieurs ensembles musculaires.
- il comporte des moyens de communication radiofréquence pour la transmission des informations de stimulation et de détection des signaux physiologiques à un équipement distant.
- il comporte des moyens de stimulation vibratoire transcutanée de 30 à 100 Hz.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de
1 ' invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
- la figure 1 représente une vue schématique d'un système pour la mise en œuvre de l'invention
- la figure 2 représente une vue du schéma de principe d'un générateur pour un équipement selon l'invention.
Cadre général de 1 ' invention
L'invention concerne de façon générale un procédé et un système de stimulation musculaire ou nerveuse par l'application par l'intermédiaire d'électrodes cutanées de séquences d'impulsions électriques.
Le but de l'électrostimulation musculaire (ESM) est de créer ou d'amplifier des contractions musculaires par une stimulation externe, afin notamment de rééduquer des défaillances du contrôle par le système nerveux central et périphérique d'un patient. L'électrostimulation musculaire envoie des impulsions électriques externes qui agissent au travers de la peau. Dans les deux cas, le muscle réagit et se contracte. L'invention s'applique aussi à l'électrostimulation du nerf vague.
Les principaux avantages de l'utilisation de l'électrostimulation sont les suivants :
• Pendant l'électrostimulation, toutes les fibres musculaires travaillent simultanément, ce qui en fait une forme d'entraînement et de rééducation très efficace
• le groupe musculaire ou nerveux à traiter peut être déterminé sélectivement par l'apposition des électrodes cutanées .
L'invention concerne plus particulièrement l'utilisation de l'électrostimulation pour la rééducation, pour la récupération de la pleine maîtrise du contrôle musculaire.
Pour cela, le déclenchement de l'électrostimulation doit être corrélé avec une initiative volontaire du patient.
Dans l'art antérieur, il a été proposé de prendre en compte indirectement une telle initiative volontaire en incitant le patient à souffler dans un sifflet. Cette action induit l'activation de certains muscles à rééduquer, et se traduit aussi par l'émission synchrone d'un son qui sert de facteur déclenchant de la séquence de stimulation.
L'invention consiste à détecter non pas un tel son indirectement corrélé à la volonté du patient, mais un signal physiologique par un ou plusieurs capteurs bioélectriques cutanés. Ces signaux sont notamment :
• Des signaux d'électromyogramme (EMG) qui mesurent la tension des muscles
• Des signaux mécaniques provoqué par la contraction d'un muscle (par exemple sphincter ou muscles pelviens), détectés par un ballonnet produisant un signal électrique fonction de la pression exercée par l'action musculaire.
L'invention consiste à positionner sur le patient des capteurs cutanés permettant la détection des signaux physiologiques choisis, à traiter le signal électrique détecté et à commander le déclenchement d'une séquence d'impulsions en fonction du résultat de ce traitement, par exemple par le dépassement d'un seuil.
La séquence des signaux d'électro-stimulation présente une fréquence des impulsions comprise entre 0,5 Hz et 200 Hz.
Si le signal physiologique est un signal ECG, le niveau électrique est de l'ordre du millivolt. Le traitement du signal comprend une amplification, un filtrage et un échantillonnage, par exemple à une fréquence d'échantillonnage comprise entre 5 et 15 kHz.
Un filtrage numérique permet d'éliminer les signaux de hautes fréquences secondaires à l'activité musculaire autre que cardiaque et aux interférences des appareils électriques. Un filtre basse fréquence permet de diminuer les ondulations de la ligne de base secondaire à la respiration.
Dans le cas de la détection de signaux d ' électromyographie de surface ( EMG de surface), les électrodes qui recueillent le signal sont placées directement sur la peau au regard du muscle à étudier. Cette détection consiste à enregistrer l'activité électrique des muscles et des nerfs.
Description d'un exemple de système de stimulation
La figure 1 illustre l'utilisation d'un système de stimulation pour la mise en œuvre de l'invention.
Il comprend un boîtier (1) électronique comportant un circuit électronique de mesure et de pilotage des impulsions électriques appliquées par l'intermédiaire d'électrodes, ainsi qu'un jeu d'électrodes.
Ces électrodes comprennent :
un patch (2) présentant à sa surface deux électrodes de mesure (3, 4). Ces électrodes sont reliées à l'entrée de mesure du signal EMG, et sont placées sur la zone des muscles expirateurs du patient
- une paire d'électrodes de stimulation abdominale (5 ; 6)
- une paire d'électrodes de stimulation pelvienne (7 ; 8)
- une électrode référentielle de masse (9).
Le boîtier électronique (1) communique par ailleurs avec des équipements informatiques connectés, par exemple un ordinateur (10), une tablette (11) ou un téléphone cellulaire (12) pour recevoir les informations acquises et traitées par le boîtier (1) et pour transmettre des paramètres de réglage.
Typologie des capteurs de signaux physiologiques
Les capteurs destinés à l'acquisition des signaux physiologiques de rétroaction biologique musculaire sont selon les variantes choisies :
Des électrodes électriques cutanées distinctes physiquement des électrodes électriques de stimulation, par exemple des pastilles conductrices disposés sur un support apte à être appliqué contre la peau et maintenu par un adhésif biocompatible, un bandeau ; ou encore des textiles
intelligents intégrant des fils ou des pastilles conductrices
Une ou plusieurs électrodes à double-fonction, servant alternativement à la captation d'un signal
physiologique et à l'application d'un signal
d'électrostimulation. Dans ce cas, le circuit électronique comporte un hacheur avec deux interrupteurs électroniques permettant de relier l'électrode commune alternativement à l'entrée et à la sortie du circuit.
Un ballonnet équipé d'un capteur de pression, délivrant un signal fonction de l'effort exercé par un muscle.
Un capteur inertiel multidirectionnel solidaire d'une électrode cutanée. Typologie des modes de stimulation
La stimulation électrique via des électrodes conductrices appliquées sur la peau du patient au voisinage du muscle à rééduquer peuvent être remplacées par des
stimulations haptiques appliquées par un transducteur
électromagnétique sur la peau du patient au voisinage du muscle à rééduquer.
Elle peut aussi être appliquée par un champs magnétique pulsé, appliqué au voisinage du muscle à rééduquer.
Les électrodes électriques sont alors remplacées par un dispositif pour la stimulation magnétique localement, comprenant au moins deux bobines magnétiques, qui sont
connectées au stimulateur par l'intermédiaire d'un module de puissance pour générer le courant pulsé avec un courant adapté aux bobines magnétiques.
Cette solution constitue une alternative à
l'électrostimulation fonctionnelle, dans laquelle un muscle ou un nerf est stimulé électriquement via des électrodes de contact afin d'effectuer une contraction musculaire afin de soutenir ou de remplacer certains processus physiologiques. La stimulation magnétique fonctionnelle entraîne une contraction musculaire, déclenchée sans contact par des champs magnétiques appropriés .
Le dispositif d'application pour des muscles pelviens peut prendre la forme d'une chaise dont l'assise intègre les bobines magnétiques.
Description du circuit électronique
La figure 2 représente une vue schématique du circuit électronique .
Il comprend une batterie (20) qui alimente un circuit générateur et contrôleur de tension (21). Ce circuit (21) reçoit en entrée la mesure de la résistance transcutanée mesurée par les électrodes de mesure (3, 4) et produit une tension de commande Vtotai tel que :
Où
- R3,4 désigne la résistance transcutanée mesurée par les électrodes de mesure (3, 4). Cette valeur est typiquement de l'ordre de 500 ohms
- Istim désigne le niveau de courant de stimulation paramétré par le praticien.
Cette tension alimente un circuit composé de 4 commutateurs électroniques, notamment de 4 thyristors (22 à 25) qui permet de commander le passage de la tension de stimulation soit dans un sens, lorsque les interrupteurs (23 et 25) sont fermés, ou dans le sens inverse lorsque les interrupteurs (22 et 24) sont fermés.
Ce pont de thyristors est relié à un circuit de délestage (26) contrôlant la tension Vdéiest pour que
Où Vstï désigne le niveau de tension absorbée par le patient à travers les électrodes au regard du courant qui est paramétré par le praticien.
Cette tension dépend du comportement complexe de l'impédance des tissus de l'individu, le circuit global déleste et limite la tension applicable pour éliminer les pics de tensions issus de cette relation complexe. L'élément complexe classique produira un pic initial qui redescendra vers la tension nominale. Ce pic est à la fois désagréable et peu maîtrisable, Ce montage le fait disparaitre ou le limite fortement.
Ce circuit de délestage (26) est relié à un contrôleur de courant (28) par l'intermédiaire d'un fusible (27).
Ce contrôleur de courant (28) pilote une pente de courant par rapport à la consigne, pour une évolution temporelle avec une première période d'augmentation du courant, puis de maintien à un plateau de courant, puis de baisse du courant jusqu'à 0.
Dans le cas d'une stimulation magnétique, un module de puissance convertit les signaux électriques de stimulation en signaux électriques pulsés alimentant les bobines magnétiques.
Indicateur qualitatif
Selon une variante, on enregistre l'intensité du signal physiologique de rétroaction biologique avec
stimulation et l'intensité du signal physiologique de
rétroaction biologique sans stimulation pour calculer sur une période temporelle donnée la différence des deux intensités et calculer un indicateur qualitatif.
Selon une autre variante, on enregistre, pendant les périodes d'application d'un signal électrique de
stimulation sur une même zone musculaire (soit par des
électrodes distinctes et voisines, soit par une électrode commune à la stimulation et le recueil du signal physiologique de rétroaction biologique), on enregistre la différence d'intensité entre le signal physiologique de rétroaction biologique et le signal de stimulation, pour calculer un profil représentatif du degré de rééducation.
Ces indicateurs sont exploités pour commander un indicateur visuel, par exemple une série de leds activées en fonction du niveau du signal de différence, ou un indicateur graphique .

Claims

Revendications
1 — Système de stimulation musculaire comprenant un générateur de signaux électriques, au moins une électrode pour appliquer un signal de stimulation cutané et un moyen de déclenchement de l'émission d'un signal électrique de stimulation caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins une capteur de détection d'un signal physiologique de rétroaction biologique musculaire, ledit générateur de signal électrique étant commandé par un calculateur pour déclencher la génération d'une séquence impulsionnelle de stimulation avec une fréquence comprise entre 0,5 Hz et 200 Hz, lors de la détection par ledit calculateur dudit signal physiologique de rétroaction biologique musculaire en l'absence de stimulation. 2 — Système de stimulation musculaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de communication radiofréquence pour la transmission des informations de stimulation et de détection des signaux physiologiques à un équipement distant.
3 — Système de stimulation musculaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur inertiel multidirectionnel solidaire d'une électrode cutanée .
4 — Système de stimulation musculaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de sorties délivrant le même signal de stimulation, pour le raccordement d'une pluralité d'électrodes pour rééduquer simultanément plusieurs ensembles musculaires.
5 — Système de stimulation musculaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de stimulation vibratoire transcutanée de 30 à 100 Hz alimentés par ledit signal de stimulation.
6 — Système de stimulation musculaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de stimulation magnétique transcutanée de 30 à 100 Hz comprenant des bobines magnétiques alimentées par ledit signal de stimulation .
7 — Système de stimulation musculaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il une première série d'électrodes électriques pour l'application de ladite séquences d'impulsions et une deuxième série d'électrodes électriques cutanées différente pour la détection d'un signal physiologique de rétroaction biologique.
8 — Système de stimulation musculaire selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite première série d'électrodes et ladite deuxième série d'électrodes cutanées sont disposés sur un même support cutané.
9 - Procédé de stimulation consistant à appliquer sur la peau du patient des séquences d'impulsions de stimulation caractérisé en ce que le déclenchement d'une séquence d'impulsions est activé par la détection d'un signal physiologique de rétroaction biologique par au moins un capteur cutanés, la fréquence des impulsions étant comprise entre 0,5 Hz et 200 Hz.
10 - Procédé de stimulation selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit signal physiologique de rétroaction biologique est détecté par la série d'électrodes cutanées utilisée pour l'application de ladite séquence d'impulsions, le procédé comportant une étape pour extraire du signal de mesure les informations corrélées à ladite séquence d'impulsions. 11 - Procédé de stimulation selon la revendication 9 caractérisé en ce que le déclenchement et le maintien d'une séquence d'impulsions est commandée par le signal délivré par le capteur de détection d'un signal physiologique de rétroaction biologique en réponse d'une action du patient, en l'absence de stimulation, par des électrodes cutanées détectant un signal électromyographique de surface, la fréquence des impulsions étant comprise entre 0,5 Hz et 200 Hz.
12 - Procédé de stimulation musculaire selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'on commande l'enregistrement de l'intensité du signal physiologique de rétroaction biologique simultanément au passage de la stimulation et en ce que l'on calcule un indicateur fonction de la différence de l'intensité du signal physiologique de rétroaction biologique avec stimulation et de l'intensité du signal physiologique de rétroaction biologique sans stimulation.
13 - Procédé de stimulation musculaire selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de déclenchement d'une séquence d'impulsions commandée par la détection d'une activité musculaire involontaire en l'absence de stimulation et en l'absence d'action du patient, par des électrodes cutanées détectant un signal électromyographique de surface, la fréquence des impulsions étant inférieure à 10 Hz.
14 - Procédé de stimulation musculaire selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'énergie des impulsions est fonction des caractéristiques des signaux électromyographiques détectés.
15 - Procédé de stimulation musculaire selon la revendication 9 à 14 caractérisé en ce que les impulsions électriques sont régulées en tension et en courant en fonction des caractéristiques des signaux électromyographiques détectés.
16 - Procédé de stimulation musculaire selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte l'acquisition d'un signal d'électrocardiogramme et un traitement pour annuler dans le signal d'électromyographique la composante correspondant audit d'électrocardiogramme. 17 - Procédé de stimulation musculaire selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte en outre la génération d'un signal sonore fonction du signal électromyographique détecté. 18 - Procédé de stimulation musculaire selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte en outre la commande d'une source lumineuse au moment de la stimulation.
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