EP4444169A1 - Systeme de stimulation et de mesure distribue sur un bus - Google Patents

Systeme de stimulation et de mesure distribue sur un bus

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Publication number
EP4444169A1
EP4444169A1 EP22850576.4A EP22850576A EP4444169A1 EP 4444169 A1 EP4444169 A1 EP 4444169A1 EP 22850576 A EP22850576 A EP 22850576A EP 4444169 A1 EP4444169 A1 EP 4444169A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wire
controller
remote unit
energy
stimulation system
Prior art date
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Pending
Application number
EP22850576.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
David Andreu
Milan DEMARCQ
David Guiraud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Neurinnov
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA
Universite de Montpellier
Neurinnov SAS
Original Assignee
Neurinnov
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA
Universite de Montpellier
Neurinnov SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Neurinnov, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA, Universite de Montpellier, Neurinnov SAS filed Critical Neurinnov
Publication of EP4444169A1 publication Critical patent/EP4444169A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0538—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body invasively, e.g. using a catheter
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
    • A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
    • A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
    • A61N1/37211—Means for communicating with stimulators
    • A61N1/37252—Details of algorithms or data aspects of communication system, e.g. handshaking, transmitting specific data or segmenting data
    • A61N1/37288—Communication to several implantable medical devices within one patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
    • A61B5/14503—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue invasive, e.g. introduced into the body by a catheter or needle or using implanted sensors
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    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A61B5/686—Permanently implanted devices, e.g. pacemakers, other stimulators, biochips
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
    • A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
    • A61N1/36128—Control systems
    • A61N1/36135—Control systems using physiological parameters
    • A61N1/3614—Control systems using physiological parameters based on impedance measurement

Definitions

  • the present invention relates to implanted stimulation systems, in particular the architectures of implanted communication networks ensuring the interconnection of active implantable medical devices whose functions are centered on stimulation, measurement and control.
  • an implanted stimulation system may require the networking of several units: control, stimulation, possibly measurement. These units must exchange information with each other. These units must also be powered.
  • control, stimulation possibly measurement.
  • These units must exchange information with each other. These units must also be powered.
  • the constraints of implantation in the body of a patient - or placement in a natural orifice - lead to limiting the size of the units and impose control of the electrical charges and currents exchanged between the units and which must not leak. in the intracorporeal environment of the person equipped with the implanted stimulation system.
  • American patent application US 2008/0061630 discloses the use of several implants individually connected to a central unit. However, such a type of connection does not make it possible to verify the presence of a drift of potential. The system of the American patent application US 2008/0061630 therefore does not allow a reliable and robust measurement between the different implants.
  • An object of the invention is therefore to propose a stimulation system designed to be partially or totally implanted and making it possible to transfer energy and information between several units, while avoiding undesirable electrical currents.
  • the invention therefore relates to a stimulation system capable of being implanted in a person comprising:
  • controller comprising an energy transmission module and a data transmission/reception module
  • At least one remote unit comprising at least one energy recovery module and at least one data transmission/reception module;
  • the remote unit or units are chosen from stimulation units, measurement units and mixed stimulation and control units. measure.
  • the stimulation system includes at least two stimulation units and at least one measurement unit.
  • At least one remote unit further comprises at least one electrode configured to be in contact with the intracorporeal medium, in particular to measure an electrophysiological signal.
  • each energy recovery module is backed up by a load balancing module, for example comprising a buffer capacity.
  • the wired bus comprises a reserve wire, in particular for:
  • the remote unit(s) each include a normally closed switch between the common reference wire and the spare wire.
  • the invention also relates to a method for measuring physiological signals by a stimulation system presented above comprising:
  • the invention also relates to a method for measuring the contact impedance of an electrode of a stimulation system presented above comprising:
  • the invention also relates to a method for detecting faults in a stimulation system presented above comprising:
  • connection via a coupling capacitor relates to bringing two electrical circuits into contact via a series coupling capacitor, the purpose of which here is to limit charge injections into the implanted device and into the intracorporeal environment.
  • IC medium contact relates to an electrical contact of a distributed unit - controller or remote unit - with the immediately neighboring intracorporeal medium.
  • normally closed switch relates to a controlled switch which is conductive - closed - in the absence of control voltage. Such a switch placed in a remote unit is therefore on when the remote unit is not active - energized.
  • Normally closed switches can be switches based on MOSFETs of the "Depletion-Mode” type, assemblies based on J-FETS which are “Depletion Mode Devices” or micro-relays for example.
  • common reference relates to an electric potential which is common to all the distributed elements - controller or remote unit. This potential is shared by the common reference wire. Each distributed element therefore contains a point whose electric potential is the same as in the other distributed elements.
  • Figure 1 shows a stimulation system comprising a controller, three remote units - two stimulation units and a measurement unit - each comprising an electrode.
  • Figure 2 schematically represents a controller.
  • Figure 3 schematically represents a remote unit.
  • Figure 4 schematically represents the configuration of the stimulation system for the method of measuring physiological signals.
  • Figure 5 schematically represents the configuration of the stimulation system for the method of measuring the contact impedance of an electrode.
  • Figure 6 schematically represents the configuration of the stimulation system for the method of detecting faults of a stimulation system.
  • Figure 7 schematically represents an energy recovery module of a remote unit of the stimulation system.
  • Figure 8 schematically represents a load balancing module.
  • the present invention relates to a stimulation system 1 capable of being implanted in a person and illustrated in Figure 1.
  • This system comprises distributed elements and a wired bus 4 connecting all the distributed elements.
  • Each distributed element is connected to the set of distributed elements.
  • the distributed elements comprise a controller 2, illustrated in Figure 2.
  • the controller 2 has the function of supplying the distributed elements with energy.
  • the controller 2 comprises an energy emission module 21.
  • the controller 2 can store energy or simply redistribute it.
  • the controller 2 can receive energy by a transcutaneous inductive link and store it in a battery and/or distribute it to the other distributed elements.
  • the controller 2 has the function of controlling the whole system by managing the sending and receiving of data between the distributed elements.
  • the controller comprises a data transmission/reception module 31.
  • the distributed elements also include at least one remote unit 3, preferably several remote units 3, illustrated in Figure 3.
  • each remote unit receives energy from controller 2.
  • the remote units 3 include an energy recovery module 22. This recovered energy is then consumed progressively and/or stored. Storage can be very limited in the capacitors of the energy recovery module, in order to compensate for failures due to micro-cuts.
  • the remote unit(s) 3 are required to receive and send data to the controller 2.
  • the remote units comprise at least one data transmission/reception module 31.
  • the data transmission/reception modules 31 of the controller 2 and of the remote unit(s) 3 may be identical.
  • the wired bus 4 connecting all the distributed elements comprises three wires.
  • a common reference wire 10 connects all distributed elements.
  • This common reference wire 10 allows all the distributed elements to operate with the same voltage reference and to ensure that the potentials of the elements distributed do not drift relative to each other, which would cause discharge currents between the elements distributed via the intracorporeal medium. However, such currents must be avoided.
  • the invention is advantageous compared to systems in which several implants are individually connected to a central unit. Indeed, these known systems involve the presence of a reference wire for each implant and not the presence of a single common reference wire 10 for all the remote units 3 as is the case in the invention. .
  • the common reference wire 10 is either unconnected or connected to a middle contact IC of the distributed unit.
  • the central unit of known systems has a fixed architecture limited by the number of connections integrated during manufacture of the unit.
  • known systems cannot be extended and the number of remote units is limited to the number of connections present in the central unit. Thanks to the system of the invention, it is possible to add as many remote units as necessary on the bus.
  • an energy wire 20 connects all the distributed elements. However, this energy wire 20 is connected via a coupling capacitor to the energy emission module 21 of the controller 2. Thus, this capacitive coupling guarantees that the only energy source of the system - the controller 2 - injects destination of the remote unit or units 3 a current whose DC component is necessarily zero. Indeed, no voltage or current generation system can guarantee perfect balancing of the currents and therefore of the injected charges. Capacitive coupling solves this problem by limiting the charge injections and therefore by preventing the accumulations of electrical charges and the discharge currents in the device and in the intracorporeal medium IC.
  • the coupling capacitor ensures the impossibility of transmitting a direct current on the wired bus 4 and therefore to the medium IC in the event of failure of the insulation of the power wire 20.
  • Certain known systems include a capacitor mounted in parallel. However, this ability simply allows an inductive storage chopper to be created. This known connection therefore does not make it possible, contrary to the invention, to prevent the accumulation of electrical charges.
  • the energy wire 20 is connected directly to the energy recovery modules 22.
  • the connection here is direct, but contributes to the same effect: the DC component of the currents entering the remote unit(s) 3 is zero, which prevents the accumulation of electrical charges and the discharge currents in the intracorporeal medium.
  • the transmission of energy from the controller 2 to the distributed unit or units takes place via a differential voltage between the energy wire 20 and the common reference wire 10.
  • the signal carried by the energy wire 20 has zero average, but it can take any form suitable for energy transfer. This signal varies between a maximum positive voltage V+ and a minimum negative voltage V-.
  • the energy is transmitted in the form of a symmetrical signal of zero mean current, in the form of a three-state signal.
  • the three states can be associated with voltages of +10 (V+), 0 and -10 (V-) Volts, for a peak-to-peak amplitude of 20 V, in alternating square pulses - of the same duration to ensure the zero average.
  • the voltage generator can be current limited to avoid a short-circuit situation on start-up so that nominal voltages are not necessarily reached instantaneously.
  • the signal can be low frequency - of an order of magnitude of 10 kHz, typically between 1 kHz and 100 kHz - or high frequency - of an order of magnitude of 1 MHz, typically between 100 kHz and 10 MHz.
  • the advantage of low frequencies is not to pose any problem of electromagnetic compatibility
  • the advantage of high frequencies is to allow a smaller dimensioning of the coupling capacities (and therefore a smaller size) of the system.
  • the emission of energy by the controller 2 can be done by an analog multiplexer stage controlled by a digital element 12 making it possible to produce the three-state signal.
  • the energy transmission module 21 is based on current sources, thus allowing precise control of the maximum current that can be delivered and therefore of the maximum energy sent on the bus.
  • the controller 2 has the two symmetrical voltages used by the energy emission module 21. In this implementation based on current sources, the voltages are necessarily limited.
  • the recovery of energy by the remote unit(s) 3 is carried out by an energy recovery module 22, for example of the full-wave rectifier type as illustrated in FIG. 7.
  • the capacitors used in the rectifier assembly are dimensioned so as to allow temporary energy storage making it possible to ensure the operation of the remote unit 3 in the event of a brownout, to carry out actions to secure the remote unit 3 or to emergency communication before total extinction of the remote unit 3.
  • the midpoint of the full-wave rectifier is connected to the common reference wire 10.
  • the diodes of the rectifier circuit are Schottky diodes.
  • each energy recovery module 22 can be assisted by a load balancing module (7). Indeed, if the current recovered by a remote unit 3 is consumed in an unbalanced - asymmetrical - manner on the circuit placed between the common reference wire and the voltage V+ on the one hand and on the circuit placed between the common reference wire and the voltage V ⁇ on the other hand, a charge accumulation can occur in the remote unit 3 inducing a drift in the rectified voltages available for the remote units which would then no longer be supplied correctly.
  • a module illustrated in Figure 8 can be used to set up a buffer capacitor 70 in an H bridge.
  • This buffer capacitor 70 is connected by controlled switches 71/72/73/74 to the voltages V+ and V - obtained by the energy recovery module and the common reference wire.
  • the controlled switches 71 and 74 are conducting while the controlled switches 72 and 73 are open; conversely when the energy signal is at the value V-.
  • the buffer capacitor 70 will accumulate charges in the polarity consuming the least energy—the charge of which has the highest impedance—and restore them in the polarity that consumes the most energy. - whose load is of lower impedance.
  • a data wire 30 connects all the distributed elements. The connection of the data wire 30 to the data transmission/reception modules 31 of the distributed elements is done via coupling capacitors.
  • the system according to the invention therefore allows the use of a reference wire 10 without capacitive coupling, thus making it possible to set up a true reference common to all the remote units 3 while having a capacitive coupling on the wire of energy 20 and the data wire 30.
  • the data transmitted on the data wire 30 can adopt all the usual data transmission modes, provided that zero average signals are respected - compatible with the capacitive couplings in place and for avoid charge accumulation.
  • the data is transmitted using pseudo-Manchester type three-state encoding of zero mean voltage - the zero voltage state corresponding to the common reference wire 10 - in which each bit is encoded as a succession of two pulses of opposite directions - a pair of pulses - the order of the two successive pulses indicating the value of the transmitted bit.
  • Data transmission is bidirectional: each distributed unit can transmit data and receive data.
  • each distributed unit the transmission of data is carried out by an analog electrical circuit controlled by a digital circuit 13: analog multiplexer, switches, etc.
  • analog multiplexer analog multiplexer
  • switches etc.
  • each digital data is converted into a succession of analog pulse pairs on the data wire 30.
  • an electrical conversion circuit for example an analog/digital converter.
  • the analog signal has three states, the electrical conversion circuit transforms each succession of pairs of pulses into a succession of bits available on a digital output.
  • the successions of bits can be used as support for each remote unit to reconstruct a clock signal. This avoids to use different clocks for each remote unit 3 leading to drifts and synchronization problems.
  • the remote units 3 are chosen from stimulation units, measurement units and mixed stimulation and measurement units.
  • the stimulation units are configured to receive an instruction from the controller 2 and to apply a signal in the intracorporeal medium in order to induce, for example, a movement or a sensation.
  • This signal can be electrical, optical or magnetic.
  • the measurement units are configured to measure a physiological signal or an intrabody environment parameter and then send it to the controller.
  • Physiological signals can be electrical - electrocardiographic (ECG), electromyographic (EMG), electroencephalographic (EEG), electroneurographic (ENG), electrocorticographic (ECoG)... - or other signals that do not require electrical contact with the intracorporeal environment.
  • the stimulation system comprises at least two electrical stimulation units and at least one unit of measurement.
  • multi-site upper limb stimulation includes a controller 2, a first forearm electrical stimulation remote unit 3, a second upper arm electrical stimulation remote unit 3, and a remote unit 3 EMG measurement device implanted to detect the intention - the command - of the patient.
  • This configuration therefore allows a patient who has lost the use of his arm to activate it using a non-injured muscle which gives an instruction via the EMG measurement and controller 2 to the electrical stimulation units.
  • At least one remote unit 3 further comprises at least one electrode 50 configured to be in contact with the intracorporeal medium, as illustrated in Figure 1.
  • Various electrodes 50 can be implemented.
  • a remote unit 3 can comprise an electrode 50 configured to acquire an electrophysiological signal, in particular an EMG, EEG, ENG, ECoG or ECG signal.
  • a remote unit 3 may also include an electrode 50 configured to inject current into the target structure and induce motion.
  • suitable epimysial electrodes placed on the surface of a muscle, intramuscular, placed inside a muscle.
  • neural electrodes may be employed.
  • the neural electrode can be chosen from flat matrix electrodes (Fiat Implanted Neural Electrode - FINE in English), intended to be placed on the nerve; intra- or inter-fascicular electrodes, intended to be placed inside the nerve; or gutter electrodes (cuff electrodes in English) intended to be placed around the nerve.
  • a remote unit 3 can comprise an electrode 50 whose sole role is to establish an electrical link with the intracorporeal medium - IC medium - in other words to connect the remote unit 3 to the potential of the body in which it is implanted.
  • the controller 2 can also include an electrode 60 whose sole role is to establish an electrical link with the intracorporeal medium - IC medium.
  • the wired bus 4 further comprises a reserve wire 40.
  • the purpose of the reserve wire 40 is to provide reactivity and robustness to the stimulation system 1.
  • the reserve wire 40 can be used in two modes. In normal operating mode, the reserve wire 40 can be used to transmit data of an event nature from the remote units 3 to the controller 2. This operation makes it possible to transmit data not provided for by the protocol in force on the data wire. and makes it possible to increase the reactivity of the stimulation system 1 by reducing the time between the detection of an event by a remote unit 3 and the notification of this event to the controller 2, and therefore the time between the detection of an event and the possible action it entails. It is thus possible to lower the frequency of the scanning periods—waiting for data by the controller 2—without loss of responsiveness and therefore to reduce the energy consumption attributable to the communications.
  • the reserve wire 40 can replace the faulty wire. The transmission of data of an event nature is then lost, but the operational continuity of the stimulation system is ensured.
  • the reserve wire 40 is connected either to the energy emission module 21 of the controller via a coupling capacitor, or to a spare data transmission/reception module 31R via a coupling capacitor, or to the common reference.
  • the reconfiguration of the reserve wire 40 is carried out by a set of analog switches and multiplexers capable of routing the various signals generated (energy, data) to the controller 2 and the remote unit(s) 3.
  • the reserve wire 40 is connected directly to a reserve energy recovery module 22R and to a reserve data transmission/reception module. 31 via a coupling capacitor.
  • the spare wire 40 is connected via a coupling capacitor to the spare data transmission/reception modules 31R of all the distributed elements.
  • These reserve data transmission/reception modules 31R may be identical to the data transmission/reception modules 31 described above.
  • the piloting of the transmission/reception reserve module 3 IR is preferably carried out by a dedicated digital circuit - therefore different from the digital piloting circuit of the transmission/reception module - which makes it possible to simultaneously manage two protocols for the exchange of data on data wire 30 and spare wire 40.
  • the connection of the spare wire 40 in the controller 2 is reconfigured to the data transmission/reception modules 31 or alternatively, the piloting spare data transmission/reception modules 31R supports the main data exchange protocol.
  • the connection of the reserve wire 40 is reconfigured to the energy emission module of the controller 21 and to the reserve modules energy recovery modules 22R of the remote unit(s) 3.
  • These energy recovery reserve modules 22R may be of the same design as the energy recovery modules 22 described above, but they are distinct, from such that it is possible to recover energy on the energy wire 20 or on the reserve wire 40 independently and automatically.
  • the reserve wire 40 is connected in the remote unit(s) 3 to the common reference via a normally closed switch 41 and the reserve wire 40 can be connected in the controller 2 to the common reference. . When the stimulation system 1 is powered up, these switches are in the closed position.
  • the controller 2 can check with the common reference wire 10 and the reserve wire 40 if a fault exists - for example by measuring the impedance between the two wires or by a data sending protocol making it possible to deduce whether the reserve and/or reference wires are operational or not. In the event of a failure, the controller 2 can then reconfigure the connection of the reserve wire 40 to the common reference and keep the switches closed in the remote units 3. The reserve wire 40 then replaces the common reference wire 10 allowing to ensure the operational continuity of the stimulation system 1.
  • the invention also relates to a method for measuring physiological signals with the stimulation system 1 described above, in which a remote unit 3 comprises an electrode 50 in contact with the intracorporeal medium.
  • the measurement setup of this method is shown in Figure 4.
  • the controller 2 measures the signal between the common reference wire 10 - connected to the intrabody medium at the remote unit 3 - and the medium contact IC 60 of the controller which here plays the role of measurement reference because it is far from the measurement point of the electrode 50.
  • This analog signal is a direct measurement - without coding by a digital block, transmission on the data wire then decoding by a digital block - of an electrophysiological signal at a remote unit 3.
  • the invention also relates to a method for measuring the contact impedance of an electrode 50 of the stimulation system 1 described above. This method is implemented when powering up or during operation of the stimulation system 1. The measurement configuration of this method is illustrated in Figure 5. In this method, said electrode 50 in contact with the intracorporeal medium is connected to the common reference wire 10. The controller 2 then injects a current, preferably a weak current below the natural excitation threshold of the neural or muscle fibers
  • the electrode 50 and the common reference wire 10 As the return path of the current passes through the intracorporeal medium, the electrode 50 and the common reference wire 10, the voltage necessary to impose the current on this path makes it possible to evaluate the equivalent impedance of the circuit.
  • the common reference wire 10 being unopened, the impedance of the intra-corporeal medium being very low and the impedance of the middle contact IC 60 of the controller also being low - and in any known way - the equivalent impedance on this path essentially corresponds to the contact impedance of the electrode 50 of the stimulation system 1.
  • This method makes it possible to evaluate the electrical characteristics of each of the contacts to the intracorporeal medium by electrode 50 of the stimulation system 1 and to evaluate the failures or drifts.
  • the invention also relates to a method for detecting a fault in a stimulation system 1 described above and comprising a reserve wire 40.
  • the measurement configuration of this method is illustrated in FIG. 6.
  • the controller 2 does not emit energy to the remote units 3.
  • the controller 2 injects a current, preferably a weak current lower than the natural excitation threshold of the neural or muscular fibers - modeled by an ideal current source - in the power wire 20 or the data wire 30 and measures the voltage between the common reference wire 10 and the wire in which the current was injected. If abnormal short circuits are present in a remote unit 3, the current setpoint cannot be reached.
  • the invention also relates to a method of detecting a fault in a stimulation system 1 described above and comprising a reserve wire 40 and a normally closed switch 41 between the reserve wire 40 and the common reference in the or the remote units 3.
  • the controller 2 injects a current into the reserve wire 40 and measures the voltage between the common reference wire 10 and the reserve wire 40. If there is no fault, the reserve 40 and the common reference wire 10 normally form a short circuit and the current set point cannot be reached, which allows the controller 2 to check the reliability of the reserve wire 40.
  • the voltage measurement is performed while the remote units are off - not powered.

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Abstract

La présente invention concerne un système de stimulation apte à être implanté dans une personne et comprenant plusieurs éléments distribués reliés par un bus filaire comprenant un fil d'énergie, un fil de données et un fil de référence.

Description

SYSTEME DE STIMULATION ET DE MESURE DISTRIBUE SUR UN BUS
DOMAINE DE L’INVENTION
[0001] La présente invention concerne les systèmes de stimulation implantés, en particulier les architectures des réseaux de communication implantés assurant l'interconnexion de dispositifs médicaux implantables actifs dont les fonctions sont centrées sur la stimulation, la mesure et le contrôle.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
[0002] L’amélioration de la qualité de vie des personnes atteintes de perte de motricité ou de capacités sensorielles - suite à un traumatisme, médullaire ou cervical par exemple, ou suite à une autre affectation, sclérose en plaque ou ondine par exemple - est un défi. Les technologies de stimulation électrique fonctionnelle, destinées à provoquer, inhiber ou moduler un message nerveux afin de restaurer les fonctions motrices ou sensorielles ont été largement explorées. Mais de nombreuses difficultés demeurent pour obtenir des systèmes de stimulation implantés performants.
[0003] En particulier, un système de stimulation implanté peut nécessiter la mise en réseau de plusieurs unités : de commande, de stimulation, éventuellement de mesure. Ces unités doivent échanger entre elles des informations. Ces unités doivent aussi être alimentées en énergie. Enfin, les contraintes d’implantation dans le corps d’un patient - ou de placement dans un orifice naturel - conduisent à limiter l’encombrement des unités et imposent un contrôle des charges et courants électriques échangés entre les unités et qui ne doivent pas fuir dans le milieu intra corporel de la personne équipée du système de stimulation implanté.
[0004] Par exemple, la demande de brevet américaine US 2008/0061630 divulgue l’utilisation de plusieurs implants connectés individuellement à une unité centrale. Cependant, un tel type de connexion ne permet pas de vérifier la présence d’une dérive de potentiel. Le système de la demande de brevet américaine US 2008/0061630 ne permet donc pas une mesure fiable et robuste entre les différents implants.
[0005] Un but de l’invention est donc de proposer un système de stimulation conçu pour être implanté partiellement ou en totalité et permettant de transférer énergie et informations entre plusieurs unités, tout en évitant les courants électriques indésirables.
RÉSUMÉ
[0006] L’invention concerne donc un système de stimulation apte à être implanté dans une personne comprenant :
• des éléments distribués comprenant :
- un contrôleur comprenant un module d’émission d’énergie et un module d’émission/réception de données ; et
- au moins une unité distante comprenant au moins un module de récupération d’énergie et au moins un module d’émission/réception de données ;
• un bus filaire reliant tous les éléments distribués, ledit bus comprenant :
- un fil de référence commune reliant tous les éléments distribués ;
- un fil d’énergie connecté via une capacité de couplage au module d’émission d’énergie du contrôleur ; et connecté directement aux modules de récupération d’énergie de la ou des unités distantes ; et
- un fil de données connecté via une capacité de couplage à chacun des modules d’émission/réception de données de tous les éléments distribués.
[0007] Dans un mode de réalisation, la ou les unités distantes sont choisies parmi des unités de stimulation, des unités de mesure et des unités mixtes de stimulation et de mesure. En particulier, le système de stimulation comprend au moins deux unités de stimulation et au moins une unité de mesure.
[0008] Dans un mode de réalisation, au moins une unité distante comprend en outre au moins une électrode configurée pour être en contact avec le milieu intra corporel, en particulier pour mesurer un signal électrophysiologique.
[0009] Dans un mode de réalisation, chaque module de récupération d’énergie est secondé par un module d’équilibrage de charge, par exemple comprenant une capacité tampon.
[0010] Dans un mode de réalisation, le bus filaire comprend un fil de réserve, en particulier pour :
Transmettre des données de nature événementielle ; et/ou
Se substituer au fil de référence, au fil d’énergie ou au fil de donnée lorsque l’un de ces fils est défaillant.
[0011] Dans un mode de réalisation, la ou les unités distantes comprennent chacune un interrupteur normalement fermé entre le fil de référence commune et le fil de réserve.
[0012] L’invention concerne aussi une méthode de mesure de signaux physiologiques par un système de stimulation présenté ci-dessus comprenant :
• la connexion au fil de référence commune d’une électrode de l’unité distante en contact avec le milieu intra corporel; et
• la mesure par le contrôleur d’une différence de potentiel entre le fil de référence commune et un contact milieu IC du contrôleur.
[0013] L’invention concerne aussi une méthode de mesure d’impédance de contact d’une électrode d’un système de stimulation présenté ci-dessus comprenant :
• la connexion au fil de référence commune d’une électrode d’une unité distante en contact avec le milieu intra corporel; • l’injection par un contact milieu intra corporel du contrôleur d’un courant dans le milieu intra corporel ; et
• la mesure par le contrôleur de la tension entre le fil de référence commune et le contact milieu IC du contrôleur.
[0014] L’invention concerne aussi une méthode de détection de défauts d’un système de stimulation présenté ci-dessus comprenant :
• l’injection par le contrôleur d’un courant dans le fil d’énergie ou le fil de données ou le fil de réserve ; et
• la mesure par le contrôleur de la tension entre le fil de référence commune et le fil dans lequel a été injecté le courant.
DÉFINITIONS
[0015] Dans la présente invention, les termes ci-dessous sont définis de la manière suivante :
[0016] “connexion directe” concerne la mise en contact de deux circuits électriques sans capacité de couplage
[0017] “connexion via une capacité de couplage” concerne la mise en contact de deux circuits électriques par l’intermédiaire d’une capacité de couplage en série, dont le but est ici de limiter les injections de charge dans le dispositif implanté et dans le milieu intra corporel.
[0018] “contact milieu IC” concerne un contact électrique d’une unité distribuée - contrôleur ou unité distante - avec le milieu intra corporel immédiatement voisin.
[0019] “interrupteur normalement fermé” concerne un interrupteur commandé qui est passant - fermé - en l’absence de tension de commande. Un tel interrupteur placé dans une unité distante est donc passant lorsque l’unité distante n’est pas active - alimentée en énergie. Les interrupteurs normalement fermés peuvent être des switches à base de MOSFETs de type "Depletion-Mode", des montages à base de J-FETS qui sont des "Depletion Mode Devices" ou des micro-relais par exemple.
[0020] “référence commune” concerne un potentiel électrique qui est commun à tous les éléments distribuées - contrôleur ou unité distante. Ce potentiel est partagé par le fil de référence commune. Chaque élément distribué contient donc un point dont le potentiel électrique est le même que dans les autres éléments distribués.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0021] La Figure 1 représente un système de stimulation comprenant un contrôleur, trois unités distantes - deux unités de stimulations et une unité de mesure - comprenant chacune une électrode.
[0022] La Figure 2 représente schématiquement un contrôleur.
[0023] La Figure 3 représente schématiquement une unité distante.
[0024] La Figure 4 représente schématiquement la configuration du système de stimulation pour la méthode de mesure de signaux physiologiques.
[0025] La Figure 5 représente schématiquement la configuration du système de stimulation pour la méthode de mesure d’impédance de contact d’une électrode.
[0026] La Figure 6 représente schématiquement la configuration du système de stimulation pour la méthode de détection de défauts d’un système de stimulation.
[0027] La Figure 7 représente schématiquement un module de récupération d’énergie d’une unité distante du système de stimulation.
[0028] La Figure 8 représente schématiquement un module d’équilibrage de charge.
[0029] Sur toutes les Figures, les traits pointillés représentent des fonctions de contrôle d’un élément sur un autre ; les flèches indiquent le sens de transmission du signal : contrôle, données ou énergie. DESCRIPTION DÉTAILLÉE
[0030] La présente invention concerne un système de stimulation 1 apte à être implanté dans une personne et illustré en Figure 1. Ce système comprend des éléments distribués et un bus filaire 4 reliant tous les éléments distribués. Chaque élément distribué est connecté à l’ensemble des éléments distribués.
[0031] Les éléments distribués comprennent un contrôleur 2, illustré en Figure 2. D’une part, le contrôleur 2 a pour fonction d’alimenter les éléments distribués en énergie. Pour cela, le contrôleur 2 comprend un module d’émission d’énergie 21. Le contrôleur 2 peut stocker de l’énergie ou simplement la redistribuer. Dans une configuration implantée, le contrôleur 2 peut recevoir de l’énergie par un lien inductif transcutanée et la stocker dans une batterie et/ou la distribuer aux autres éléments distribués. D’autre part, le contrôleur 2 a pour fonction de commander l’ensemble du système en gérant l’envoi et la réception de données entre les éléments distribués. Pour cela, le contrôleur comprend un module d’émission/réception de données 31.
[0032] Les éléments distribués comprennent aussi au moins une unité distante 3, de préférence plusieurs unités distantes 3, illustrée en Figure 3. D’une part, chaque unité distante s reçoit de l’énergie de contrôleur 2. Pour cela la ou les unités distantes 3 comprennent un module de récupération d’énergie 22. Cette énergie récupérée est alors consommée au fur et à mesure et/ou stockée. Le stockage peut être très limité dans les condensateurs du module de récupération d’énergie, afin de pallier des défaillances dues à des microcoupures. D’autre part, la ou les unités distantes 3 sont amenées à recevoir et envoyer des données au contrôleur 2. Pour cela, les unités distantes comprennent au moins un module d’émission/réception de données 31.
[0033] Les modules d’émission/réception des données 31 du contrôleur 2 et de la ou des unités distantes 3 peuvent être identiques.
[0034] Le bus filaire 4 reliant tous les éléments distribués comprend trois fils.
[0035] En premier lieu, un fil de référence commune 10 relie tous les éléments distribués. Ce fil de référence commune 10 permet à tous les éléments distribués de fonctionner avec une même référence de tension et de s’assurer que les potentiels des éléments distribués ne dérivent pas les uns par rapport aux autres, ce qui entrainerait des courants de décharge entre les éléments distribués via le milieu intra corporel. Or, de tels courants doivent être évités. Ainsi, l’invention est avantageuse comparée à des systèmes dans lesquels plusieurs implants sont connectés individuellement à une unité centrale. En effet, ces systèmes connus impliquent la présence d’un fil de référence pour chaque implant et non la présence d’un seul et unique fil de référence commune 10 pour l’ensemble des unités distantes 3 comme cela est le cas dans l’invention. Dans chacune des unités distribuées, le fil de référence commune 10 est soit non connecté, soit relié à un contact milieu IC de l’unité distribuée.
[0036] De plus, l’unité centrale des systèmes connus possède une architecture fixe limitée par le nombre de connexions intégrées lors de la fabrication de l’unité. Ainsi, les systèmes connus ne peuvent pas être étendus et le nombre d’unités distantes est limité au nombre de connexions présentes dans l’unité centrale. Grâce au système de l’invention, il est possible d’ajouter autant d’unités distantes que nécessaire sur le bus.
[0037] En second lieu, un fil d’énergie 20 relie tous les éléments distribués. Toutefois, ce fil d’énergie 20 est connecté via une capacité de couplage au module d’émission d’énergie 21 du contrôleur 2. Ainsi, ce couplage capacitif garantit que la seule source d'énergie du système - le contrôleur 2 - injecte à destination de la ou des unités distantes 3 un courant dont la composante continue est obligatoirement nulle. En effet, aucun système de génération de tension ou de courant ne peut garantir un équilibrage parfait des courants et donc des charges injectées. Le couplage capacitif résout ce problème en limitant les injections de charge et donc en empêchant les accumulations de charges électriques et les courants de décharge dans le dispositif et dans le milieu intra corporel IC. Ainsi, la capacité de couplage assure l'impossibilité de transmettre un courant direct sur le bus filaire 4 et donc au milieu IC en cas de défaillance de l'isolation du fil d’énergie 20. Certains systèmes connus comprennent une capacité montée en parallèle. Cependant, cette capacité permet simplement de créer un hacheur de stockage inductif. Cette connexion connue ne permet donc pas, contrairement à l’invention, d’empêcher les accumulations de charges électriques. [0038] Au niveau de la ou des unités distantes 3, le fil d’énergie 20 est connecté directement aux modules de récupération d’énergie 22. La connexion est ici directe, mais contribue au même effet : la composante continue des courants entrant dans la ou les unités distantes 3 est nulle, ce qui empêche les accumulations de charges électriques et les courant de décharges dans le milieu intra corporel.
[0039] La transmission de l'énergie depuis le contrôleur 2 vers la ou les unités distribuées se fait par le biais d'une tension différentielle entre le fil d'énergie 20 et le fil de référence commune 10. Afin de respecter les contraintes de composante continue des courants milles, le signal porté par le fil énergie 20 est à moyenne nulle, mais il peut prendre toute forme adaptée à un transfert d’énergie. Ce signal varie entre une tension positive maximale V+ et une tension négative minimale V-.
[0040] Dans un mode de réalisation, l'énergie est transmise sous la forme d'un signal symétrique de courant moyen nul, sous forme d'un signal trois-états. Par exemple, les trois états peuvent être associés à des tensions de +10 (V+), 0 et -10 (V-) Volts, pour une amplitude pic à pic de 20 V, en créneaux carrés alternés - de même durée pour assurer la moyenne nulle. Le générateur de tension peut être limité en courant pour éviter une situation de court-circuit au démarrage de sorte que les tensions nominales ne sont pas nécessairement atteintes instantanément. Le signal peut être de faible fréquence - d’un ordre de grandeur de 10 kHz, typiquement entre 1 kHz et 100 kHz -ou de haute fréquence - d’un ordre de grandeur de 1 MHz, typiquement entre 100 kHz et 10 MHz. L’avantage des faibles fréquences est de ne pas poser de problème de compatibilité électromagnétique L’avantage des hautes fréquences est de permettre un dimensionnement plus réduit des capacités de couplage (et donc un encombrement moindre) du système.
[0041] L’émission de l’énergie par le contrôleur 2 peut se faire par un étage multiplexeur analogique piloté par un élément numérique 12 permettant de réaliser le signal trois états. De préférence, le module d’émission d’énergie 21 est basé sur des sources de courant, permettant ainsi une maîtrise précise du courant maximal délivrable et donc de l'énergie maximale envoyée sur le bus. Pour l’émission d’un signal trois états, le contrôleur 2 dispose des deux tensions symétriques utilisées par le module d’émission d’énergie 21. Dans cette implémentation basée sur des sources de courant, les tensions sont nécessairement limitées.
[0042] La récupération de l’énergie par la ou les unités distantes 3 est réalisée par un module de récupération d’énergie 22, par exemple de type redresseur à double alternance comme illustré en Figure 7. Dans un mode de réalisation, les capacités utilisées dans le montage redresseur sont dimensionnées de manière à permettre un stockage d'énergie temporaire permettant d'assurer le fonctionnement de l'unité distante 3 en cas de microcoupure, de réaliser des actions de mises en sécurité de l'unité distante 3 ou de communication d'urgence avant totale extinction de l'unité distante 3. Dans un mode de réalisation particulier, le point milieu du redresseur à double alternance est relié au fil de référence commune 10. Dans un mode de réalisation particulier, les diodes du circuit redresseur sont des diodes Schottky.
[0043] Enfin, pour limiter davantage l’apparition de déséquilibres de charges, chaque module de récupération d’énergie 22 peut être secondé par un module d’équilibrage de charge (7). En effet, si le courant récupéré par une unité distante 3 est consommé de manière non équilibrée - dissymétrique - sur le circuit placé entre le fil de référence commune et la tension V+ d’une part et sur le circuit placé entre le fil de référence commune et la tension V- d’autre part, une accumulation de charge peut se produire dans l’unité distante 3 induisant une dérive des tensions redressées disponibles pour les unités distantes qui ne seraient alors plus alimentées correctement. Pour éviter cela, un module illustré en Figure 8 peut être employé, pour mettre en place une capacité tampon 70 dans un pont en H. Cette capacité tampon 70 est reliée par des interrupteurs commandés 71/72/73/74 aux tensions V+ et V- obtenus par le module de récupération d’énergie et au fil de référence commune. Lorsque le signal d'énergie est à la valeur V+, les interrupteurs commandés 71 et 74 sont passants alors que les interrupteurs commandés 72 et 73 sont ouverts ; inversement lorsque le signal d'énergie est à la valeur V-. Ainsi, la capacité tampon 70 va accumuler des charges dans la polarité consommant le moins d’énergie - dont la charge est de plus haute impédance - et les restituer dans la polarité plus consommatrice d’énergie. - dont la charge est de plus faible impédance. [0044] En troisième lieu, un fil de données 30 relie tous les éléments distribués. La connexion du fil de données 30 aux modules d’émission/réception de données 31 des éléments distribués se fait via des capacités de couplage. Le système selon l’invention permet donc l’utilisation d’un fil de référence 10 sans couplage capacitif permettant ainsi la mise en place d’une vraie référence commune à toutes les unités distantes 3 tout en disposant d’un couplage capacitif sur le fil d’énergie 20 et le fil de données 30. Les données transmises sur le fil de données 30 peuvent adopter tous les modes usuels de transmission de donnée, à condition de respecter des signaux de moyenne nulle - compatible avec les couplages capacitifs en place et pour éviter les accumulations de charge.
[0045] Dans un mode de réalisation, les données sont transmises en utilisant un codage trois-états de type pseudo-Manchester de tension moyenne nulle - l’état de tension nul correspondant au fil de référence commune 10 - dans lequel chaque bit est codé comme une succession de deux impulsions de sens opposés - une paire d’impulsions - l'ordre des deux impulsions successives indiquant la valeur du bit transmis.
[0046] La transmission des données est bidirectionnelle : chaque unité distribuée peut émettre des données et recevoir des données.
[0047] Pour chaque unité distribuée, l’émission des données est réalisée par un circuit électrique analogique piloté par un circuit numérique 13 : multiplexeur analogique, interrupteurs... Ainsi, dans le cas d’un code de type pseudo-Manchester, chaque donnée numérique est convertie en une succession de paires impulsions analogiques sur le fil de données 30.
[0048] Pour chaque unité distribuée, la réception des données est réalisée par un circuit électrique de conversion, par exemple un convertisseur analogique/numérique. Dans le cas d’un code de type pseudo-Manchester, le signal analogique a trois états, le circuit électrique de conversion transforme chaque succession de paires d’impulsions en une succession de bits disponible sur une sortie numérique.
[0049] Dans le cas d’un code de type pseudo-Manchester, les successions de bit peuvent servir de support à chaque unité distante pour reconstruire un signal d’horloge. Ceci évite de recourir à des horloges différentes pour chaque unité distante 3 conduisant à des dérives et des problèmes de synchronisation.
[0050] Selon un mode de réalisation, les unités distantes 3 sont choisies parmi des unités de stimulation, des unités de mesure et des unités mixtes de stimulation et de mesure. Les unités de stimulation sont configurées pour recevoir une consigne du contrôleur 2 et pour appliquer un signal dans le milieu intra corporel afin d’induire, par exemple, un mouvement ou une sensation. Ce signal peut être électrique, optique ou magnétique. Les unités de mesure sont configurées pour mesurer un signal physiologique ou un paramètre du milieu intra corporel, puis l’envoyer au contrôleur. Les signaux physiologiques peuvent être électriques - électrocardiographiques (ECG), électromyographiques (EMG), électroencéphalographiques (EEG), électroneurographiques (ENG), électrocorticographiques (ECoG)... - ou d’autres signaux ne nécessitant pas de contact électrique avec le milieu intracorporel (température, accélération, ...) ou encore des mesures biochimiques : - glucose, oxygène dissous... Selon un cas particulier de ce mode de réalisation illustré en Figure 1, le système de stimulation comprend au moins deux unités de stimulation électrique et au moins une unité de mesure. Par exemple, la stimulation multi-site d’un membre supérieur comprend un contrôleur 2, une première unité distante 3 de stimulation électrique de l’avant-bras, une seconde unité distante 3 de stimulation électrique du haut du bras et une unité distante 3 de mesure EMG implantée pour détecter l’intention - la commande - du patient. Cette configuration permet donc à un patient ayant perdu l’usage de son bras de l’activer en utilisant un muscle non-lésé qui donne une instruction via la mesure EMG et le contrôleur 2 aux unités de stimulation électriques.
[0051] Selon un mode de réalisation, au moins une unité distante 3 comprend en outre au moins une électrode 50 configurée pour être en contact avec le milieu intra corporel, comme illustré en Figure 1. Diverses électrodes 50 peuvent être mises en œuvre. Une unité distante 3 peut comprendre une électrode 50 configurée pour acquérir un signal électrophysiologique, en particulier un signal EMG, EEG, ENG, ECoG ou ECG. Une unité distante 3 peut aussi comprendre une électrode 50 configurée pour injecter un courant dans la structure cible et induire un mouvement. Par exemple, sont adaptées les électrodes épimysiales, placées en surface d’un muscle, intramusculaire, placée à l’intérieur d’un muscle. Par ailleurs, les électrodes neurales peuvent être employées. L’électrode neurale peut être choisie parmi les électrodes matricielles plates (Fiat Implanted Neural Electrode - FINE en anglais), destinées à être placées sur le nerf ; les électrodes intra - ou inter - fasciculaires, destinées à être placées à l’intérieur du nerf ; ou les électrodes gouttières (cuff electrodes en anglais) destinées à être placées autour du nerf. Enfin, une unité distante 3 peut comprendre une électrode 50 dont le seul rôle est d’établir un lien électrique avec le milieu intra corporel - milieu IC - en d’autres termes de relier l’unité distante 3 au potentiel du corps dans lequel elle est implantée. Le contrôleur 2 peut aussi comprendre une électrode 60 dont le seul rôle est d’établir un lien électrique avec le milieu intra corporel - milieu IC.
[0052] Selon un mode de réalisation, le bus filaire 4 comprend en outre un fil de réserve 40. Le fil de réserve 40 a pour but d'apporter réactivité et robustesse au système de stimulation 1. Le fil de réserve 40 peut être employé dans deux modes. En mode de fonctionnement normal, le fil de réserve 40 peut être utilisé pour transmettre des données de nature événementielle depuis les unités distantes 3 vers le contrôleur 2. Ce fonctionnement permet de transmettre des données non prévues par le protocole en vigueur sur le fil de données et permet d'augmenter la réactivité du système de stimulation 1 en diminuant le temps entre la détection d'un évènement par une unité distante 3 et la notification de cet évènement au contrôleur 2, et donc le temps entre la détection d'un évènement et l'éventuelle action qu'elle entraîne. Il est ainsi possible de baisser la fréquence des périodes de scrutation - attente de données par le contrôleur 2 - sans perte de réactivité et donc de diminuer la consommation énergétique imputable aux communications.
[0053] Dans un mode de défaillance, correspondant à l’impossibilité pour le contrôleur 2 d’échanger des données ou de l’énergie avec une unité distante 3, le fil de réserve 40 peut venir se substituer au fil défaillant. La transmission de données de nature événementielle est alors perdue, mais la continuité opérationnelle du système de stimulation est assurée.
[0054] Dans le contrôleur 2 - illustré en Figure 2 - le fil de réserve 40 est connecté soit au module d’émission d’énergie 21 du contrôleur via une capacité de couplage, soit à un module de réserve d’émission/réception de données 31R via une capacité de couplage, soit à la référence commune. La reconfiguration du fil de réserve 40 est réalisée par un ensemble d’interrupteurs et multiplexeurs analogiques capables d'aiguiller les différents signaux générés (énergie, données) vers le contrôleur 2 et la ou les unités distantes 3.
[0055] Dans chacune de la ou des unités distantes 3 - illustré en Figure 3 - le fil de réserve 40 est connecté directement à un module de réserve de récupération d’énergie 22R et à un module de réserve d’émission/réception de données 31 via une capacité de couplage.
[0056] Dans le mode normal, le fil de réserve 40 est connecté via une capacité de couplage à des modules de réserve d’émission/réception de données 31R de tous les éléments distribués. Ces modules de réserve d’émission/réception de données 31R peuvent être identiques aux modules d’émission/réception de données 31 décrits ci- dessus. Le pilotage du module de réserve d’émission/réception 3 IR est de préférence réalisé par un circuit numérique dédié - différent donc du circuit numérique de pilotage du module d’émission/réception - ce qui permet de gérer simultanément deux protocoles d’échanges de données sur le fil de données 30 et le fil de réserve 40.
[0057] Lors de la détection par le contrôleur 2 d’une défaillance sur le fil de données 30, la connexion du fil de réserve 40 dans le contrôleur 2 est reconfigurée vers les modules d’émission/réception de données 31 ou alternativement, le pilotage des modules de réserve d’émission/réception de données 31R prend en charge le protocole principal d’échange de données.
[0058] Lors de la détection par le contrôleur 2 d’une défaillance sur le fil d’énergie 20, la connexion du fil de réserve 40 est reconfigurée vers le module d’émission d’énergie du contrôleur 21 et vers les modules de réserve de récupération d’énergie 22R de la ou des unités distantes 3. Ces modules de réserve de récupération d’énergie 22R peuvent être de même conception que les modules de récupération d’énergie 22 décrits ci-dessus, mais ils sont bien distincts, de telle sorte qu’il est possible de récupérer de l'énergie sur le fil d’énergie 20 ou sur le fil de réserve 40 indépendamment et de manière automatique. [0059] Selon un mode de réalisation, le fil de réserve 40 est connecté dans la ou les unités distantes 3 à la référence commune via un interrupteur normalement fermé 41 et le fil de réserve 40 peut être connecté dans le contrôleur 2 à la référence commune. Lors de la mise sous tension du système de stimulation 1, ces interrupteurs sont en position fermée. De ce fait, le contrôleur 2 peut vérifier avec le fil de référence commune 10 et le fil de réserve 40 si un défaut existe - par exemple par une mesure d’impédance entre les deux fils ou par un protocole d’envoi de données permettant de déduire si les fils de réserve et/ou de référence sont opérants ou non. En cas de défaillance, le contrôleur 2 peut alors reconfigurer la connexion du fil de réserve 40 sur la référence commune et maintenir fermés les interrupteurs dans les unités distantes 3. Le fil de réserve 40 vient alors se substituer au fil de référence commune 10 permettant d’assurer la continuité opérationnelle du système de stimulation 1.
[0060] L’invention concerne également une méthode de mesure de signaux physiologiques avec le système de stimulation 1 décrit ci-dessus, dans lequel une unité distante 3 comprend une électrode 50 en contact avec le milieu intra corporel. La configuration de mesure de cette méthode est illustrée en Ligure 4. Dans cette méthode, le contrôleur 2 mesure le signal entre le fil de référence commune 10 - connecté au milieu intra corporel au niveau de l’unité distante 3 - et le contact milieu IC 60 du contrôleur qui joue ici le rôle de référence de mesure car il est éloigné du point de mesure de l’électrode 50. Ce signal analogique est une mesure directe - sans codage par un bloc numérique, transmission sur le fil de données puis décodage par un bloc numérique - d’un signal électrophysiologique au niveau d’une unité distante 3. Dans cette méthode de mesure de signaux physiologiques, il est nécessaire que le fil de référence commune 10 et le contact milieu IC 60 du contrôleur soient séparés par un interrupteur ouvert.
[0061] L’ invention concerne également une méthode de mesure d’ impédance de contact d’une électrode 50 du système de stimulation 1 décrit ci-dessus. Cette méthode est mise en œuvre lors de la mise sous tension ou pendant le fonctionnement du système de stimulation 1. La configuration de mesure de cette méthode est illustrée en Ligure 5. Dans cette méthode, ladite électrode 50 en contact avec le milieu intra corporel est connectée au fil de référence commune 10. Le contrôleur 2 injecte alors un courant, de préférence un faible courant inférieur au seuil d’excitation naturel des fibres neurales ou musculaires
- modélisé par une source idéale de courant - par son contact milieu IC 60 dans le milieu intra corporel et mesure le signal entre le fil de référence commune 10 - connecté au milieu intra corporel au niveau de l’unité distante 3 - et le contact milieu IC 60 du contrôleur. Comme le chemin de retour du courant passe par le milieu intra corporel, l’électrode 50 et le fil de référence commune 10, la tension nécessaire pour imposer le courant sur ce chemin permet d’évaluer l'impédance équivalente du circuit. Le fil de référence commune 10 étant non ouvert, l'impédance du milieu intra corporel étant très faible et l'impédance du contact milieu IC 60 du contrôleur étant également faible - et de toute manière connue - l'impédance équivalente sur ce chemin correspond essentiellement à l'impédance de contact de l’électrode 50 du système de stimulation 1. Cette méthode permet d’évaluer les caractéristiques électriques de chacun des contacts au milieu intra corporel par électrode 50 du système de stimulation 1 et d’en évaluer les défaillances ou les dérives.
[0062] L’invention concerne également une méthode de détection de défaut d’un système de stimulation 1 décrit ci-dessus et comprenant un fil de réserve 40. La configuration de mesure de cette méthode est illustrée en Figure 6. Dans cette méthode, le contrôleur 2 n’émet pas d’énergie à destination des unités distantes 3. Le contrôleur 2 injecte un courant, de préférence un faible courant inférieur au seuil d’excitation naturel des fibres neurales ou musculaires - modélisé par une source idéale de courant - dans le fil d’énergie 20 ou le fil de données 30 et mesure la tension entre le fil de référence commune 10 et le fil dans lequel a été injecté le courant. Si des courts circuits anormaux sont présents dans une unité distante 3, la consigne de courant ne pourra pas être atteinte
- du fait de la fuite de courant par le fil de référence commune 10 via un circuit de faible impédance représenté par le composant en pointillé - ce qui permettra au contrôleur 2 de détecter la défaillance du fil dans lequel a été injecté le courant et de reconfigurer le fil de réserve 40 pour le substituer au fil défaillant. En l’absence d’interrupteur normalement fermé 41 entre le fil de réserve 40 et la référence commune dans la ou les unités distantes, cette méthode peut aussi s’appliquer au fil de réserve 40. De préférence, la mesure de tension est réalisée alors que les unités distantes sont éteintes - non alimentées. [0063] L’invention concerne également une méthode de détection de défaut d’un système de stimulation 1 décrit ci-dessus et comprenant un fil de réserve 40 et un interrupteur normalement fermé 41 entre le fil de réserve 40 et la référence commune dans la ou les unités distantes 3. Dans cette méthode, le contrôleur 2 injecte un courant dans le fil de réserve 40 et mesure la tension entre le fil de référence commune 10 et le fil de réserve 40. En l’absence de défaillance, le fil de réserve 40 et le fil de référence commune 10 forment normalement un court-circuit et la consigne de courant ne peut pas être atteinte, ce qui permet au contrôleur 2 de vérifier la fiabilité du fil de réserve 40. De préférence, la mesure de tension est réalisée alors que les unités distantes sont éteintes - non alimentées.
REFERENCES NUMERIQUES
[0064] 1 - Système de stimulation II 2 - Contrôleur II 3 - Unité distante II 7 - Module d’équilibrage de charge // 10 - fil de référence commune // 12 - bloc numérique contrôleur // 13 - bloc numérique unité distante // 20 - fil d’énergie // 21 - module d’émission d’énergie // 22 - module de récupération d’énergie // 22R module de réserve de récupération d’énergie // 30 - fil de données // 31 - module d’émission/réception de données // 31R module de réserve d’émission/réception de données // 40 - fil de réserve // 41 - interrupteur normalement fermé // 50 - électrode // 60 - contact milieu IC II 70 - capacité tampon // 71/72/73/74 - interrupteurs commandés.

Claims

REVENDICATIONS Système de stimulation (1) apte à être implanté dans une personne comprenant :
• des éléments distribués comprenant :
- un contrôleur (2) comprenant un module d’émission d’énergie (21) et un module d’émission/réception de données (31) ; et
- au moins une unité distante (3) comprenant au moins un module de récupération d’énergie (22) et au moins un module d’émission/réception de données (31) ;
• un bus filaire (4) reliant tous les éléments distribués, ledit bus comprenant :
- un fil de référence commune (10) reliant tous les éléments distribués ;
- un fil d’énergie (20) connecté via une capacité de couplage au module d’émission d’énergie du contrôleur (21) ; et connecté directement aux modules de récupération d’énergie (22) de la ou des unités distantes (3) ; et
- un fil de données (30) connecté via une capacité de couplage à chacun des modules d’émission/réception de données (31) de tous les éléments distribués. Système de stimulation (1) selon la revendication 1, dans lequel la ou les unités distantes (3) sont choisies parmi des unités de stimulation, des unités de mesure et des unités mixtes de stimulation et de mesure. Système de stimulation (1) selon la revendication 2, comprenant au moins deux unités de stimulation et au moins une unité de mesure. Système de stimulation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une unité distante (3) comprend en outre au moins une électrode (50) configurée pour être en contact avec le milieu intra corporel et pour mesurer un signal électrophysiologique. Système de stimulation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque module de récupération d’énergie (22) est secondé par un module d’équilibrage de charge (7) comprenant une capacité tampon (70). Système de stimulation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le bus filaire (4) comprend un fil de réserve (40) pour :
Transmettre des données de nature événementielle ; et/ou
Se substituer au fil de référence (10), au fil d’énergie (20) ou au fil de donnée (30) lorsque l’un de ces fils est défaillant. Système de stimulation (1) selon la revendication 6, dans lequel la ou les unités distantes (3) comprennent chacune un interrupteur normalement fermé (41) entre le fil de référence commune (10) et le fil de réserve (40). Méthode de mesure de signaux physiologiques par un système de stimulation (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7 comprenant :
• la connexion au fil de référence commune (10) d’une électrode (50) de l’unité distante (3) en contact avec le milieu intra corporel; et
• la mesure par le contrôleur (2) d’une différence de potentiel entre le fil de référence commune (10) et un contact milieu IC (60) du contrôleur (2). Méthode de mesure d’impédance de contact d’une électrode (50) d’un système de stimulation (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7 comprenant :
• la connexion au fil de référence commune (10) d’une électrode (50) d’une unité distante (3) en contact avec le milieu intra corporel;
• l’injection par un contact milieu intra corporel (60) du contrôleur (2) d’un courant dans le milieu intra corporel ; et 19
• la mesure par le contrôleur (2) de la tension entre le fil de référence commune (10) et le contact milieu IC (60) du contrôleur (2). Méthode de détection de défauts d’un système de stimulation (1) selon l’une quelconque des revendications 6 à 7, comprenant : • l’injection par le contrôleur (2) d’un courant dans le fil d’énergie (20) ou le fil de données (30) ou le fil de réserve (40) ; et
• la mesure par le contrôleur (2) de la tension entre le fil de référence commune (10) et le fil dans lequel a été injecté le courant.
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