FR2478996A1 - Body movement generator for heart pacemaker activation - uses breathing motion to operate electromagnetic or piezoelectric electric generator to replace batteries - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un générateur de courant électrique pour prothèse implantée, destiné a remplacer les piles électriques couramment employées dans ce domaine (stimulateurs cardiaques par exemple) et permettant en outre de tenir compte de certains rythmes naturels pour le fonctionnement optimal des dites prothèses. The present invention relates to an electric current generator for implanted prosthesis, intended to replace the electric batteries commonly used in this field (pacemakers for example) and also making it possible to take into account certain natural rhythms for the optimal functioning of said prostheses.
Malgré les progrès réalisés\dans le domaine des piles, il est nécessai
v re de les renouveler de temps en temps9 ce qui conduit à des interventions chirurgicales que l'invention se propose de supprimer en fournissant du courant électrique à vie.Despite the progress made \ in the field of batteries, it is necessary to
v re to renew them from time to time9 which leads to surgical procedures that the invention proposes to eliminate by supplying electrical current for life.
En Ex outre, dans le cas de stimulateur cardiaque, le rythme fourni par les appareils existants est constant et ne s'adapte pas au cas où le sujet est appelé à faire un effort. In addition, in the case of pacemakers, the rhythm provided by the existing devices is constant and does not adapt to the case where the subject is called upon to make an effort.
Le générateur proposé par l'invention utilise comme source d'énergie les mouvements naturels du corps, par exemple les mouvements respiratoires. The generator proposed by the invention uses as a source of energy the natural movements of the body, for example the respiratory movements.
L'énergie mécxlique est transformée en énergie électrique par tout principe cornu: induction électro-magnétique, piezoélectricité etc... Mechanical energy is transformed into electrical energy by any horned principle: electromagnetic induction, piezoelectricity etc ...
Les mouvements tels que les mouvements respiratoires ayant un certain rythme, on peut utiliser ce rythme pour en commander d'autres, tel que celui des battement6 cardiaques; cela permet d'accélérer automatiquement le coeur si le suJet se met à respirer plus rapidement au moment d'un effort. Since movements such as the respiratory movements have a certain rhythm, this rhythm can be used to control others, such as that of the heartbeat; this automatically accelerates the heart if the subject begins to breathe more quickly during an effort.
Cette régulation se fait au moyen d'une logique électronique misant partie de l'appareil.This regulation is done by means of an electronic logic using part of the device.
Le générateur peut, suivant les cas, etre contenu dans un bottier séparé de l'utilisation, ou dans le même bottier. Tous les mouvements sont assurés sans frottement,d?nc sans usure ni grippage, par déformation de parties souples. The generator can, depending on the case, be contained in a case separate from use, or in the same case. All movements are ensured without friction, d? Nc without wear or seizing, by deformation of flexible parts.
-t figure 1 représente en coupe un générateur a' induction électromagnétique, en bottier séparé. -t Figure 1 shows in section an electromagnetic induction generator, in a separate case.
La figure 2, un générateur piezoélectrique, en bottier séparé. Figure 2, a piezoelectric generator, in a separate case.
La figure 3, le schéma électrique du générateur. Figure 3, the electrical diagram of the generator.
La figure 4, un schéma possible de la logique de régulation. Figure 4, a possible diagram of the regulation logic.
Selon une première variante, et tel qu'il est représenté figure 1, le dispositif fonctionne par induction électromagnétique dans une bobine 1, montée dans une culasse ferro magnétique 2 dotée d'un aimant permanent 3, et fermée par une armature 4. C'est l'ouverture de l'entrefer 5 entre culasse 2 et armature 4 qui, par variation de réluctance, entraine une variation de flux magnétique produisant le courant dans la bobine 1. According to a first variant, and as shown in FIG. 1, the device operates by electromagnetic induction in a coil 1, mounted in a ferro-magnetic yoke 2 provided with a permanent magnet 3, and closed by a frame 4. C ' is the opening of the air gap 5 between yoke 2 and armature 4 which, by variation of reluctance, causes a variation of magnetic flux producing the current in the coil 1.
L'ouverture de l'entrefer est produite de la manière suivante:
Le corps de l'appareil 6 et un levier 7 mobiles l'un par rapport à 1' çgrAce à une rotule 8 et une paroi souple 9 sont réunis respectivement à deux parties du corpsen mouvement l'une par rapport à l'autre, telles que côte et vertèbre, ou ôte et diaphragme, etc...The air gap opening is produced as follows:
The body of the apparatus 6 and a lever 7 movable relative to one çgrAce to a ball joint 8 and a flexible wall 9 are joined respectively to two parts of the body in movement relative to each other, such that rib and vertebra, or remove and diaphragm, etc.
Le levier 7 peut osciller dans n'importe quel sebs autour de la rotule 8. Son extrémité est équipée de rainures et filetage permettant la fixation de différents embouts adaptés à chaque cas particulier. The lever 7 can oscillate in any sebs around the ball joint 8. Its end is equipped with grooves and threads allowing the attachment of different tips adapted to each particular case.
un plateau 10, lui-même relié à quatre fils 11, dont l'au extrémité est attachée nu point central de l'armature 4. a plate 10, itself connected to four wires 11, the end of which is attached to the central point of the frame 4.
Celle-ei est guidée par une charnière en lame souple 12. This is guided by a flexible blade hinge 12.
Si aucun effort n'est exercé sur le levier 7, l'armature # est en con- tact avec l'aimant 3, l'entrefer 5 est nul, les fils 11 sont rendus, le levier ? est dans le prolongement de l'axe du corps
C'est ta position moyenne ou de repos.If no force is exerted on the lever 7, the armature # is in contact with the magnet 3, the air gap 5 is zero, the wires 11 are returned, the lever? is in the extension of the axis of the body
It's your average or resting position.
Quel que soit le déplacement donné au levier 7 autour de cette position, l'un au moins des fils Il tire sur l'armature 4 et provoque l'ouverture de l'entrefer 5. 'attraction de l'aimant 3 reerne celui-ci des jue cesse l'ac tior. sur le le e
Selon une deuxième variante, représentée figure 2, le générateur fonctionne par piezo-électricité.Whatever the displacement given to the lever 7 around this position, at least one of the wires It pulls on the armature 4 and causes the opening of the air gap 5. The attraction of the magnet 3 recognizes it jue ceases the ac tior. on the e
According to a second variant, shown in FIG. 2, the generator operates by piezoelectricity.
La forme générale est la même que dans la première variante, mais l'armature, la bobine et l'aimant sont remplacées par un levier 13 appuyant grâce à un ressort 14 sur un cristal piezoélectrique 15. Le soulèvement ou l'abaissement du levier 13 sur le cristal 15 y provoque l'apparition de charges électriques. The general shape is the same as in the first variant, but the armature, the coil and the magnet are replaced by a lever 13 pressing with a spring 14 on a piezoelectric crystal 15. Raising or lowering the lever 13 on crystal 15 there causes the appearance of electric charges.
Quel que soit le principe choisi, du fait que les mouvements sont toujours alternatifs, le générateur produit aussi des courants électri- ques alternés. Le schéma électrique de la figure 3 montre que l'on utilise un redresseur à diodes 16 pour produire un courant redressé chargeant toujours dans le même sens une forte capacité 7 aux bornes de laquelle e-;- re- cueillie l'énergie électrique, éventuellement régulée par ure diode Zener ou un régulateur plus élaboré 18. Whatever the principle chosen, since the movements are always alternating, the generator also produces alternating electric currents. The electrical diagram of FIG. 3 shows that a diode rectifier 16 is used to produce a rectified current always charging in the same direction a high capacity 7 at the terminals of which e -; - collected electrical energy, possibly regulated by a Zener diode or a more elaborate regulator 18.
Si l'on veut utiliser le rythme de la source d'énergie mécanique, une diode 19 fournit des impulsions à ce rythme. Eventuellement, on peut en uti- liser une deuxième 20 pour obtenir des impulsions de sens inverse
La figure 4 représente un schéma de logique possible pour asservir par exemple le rythme cardiaque au rythme respiratoire.If the rhythm of the mechanical energy source is to be used, a diode 19 supplies pulses at this rhythm. Optionally, a second one can be used to obtain reverse pulses.
FIG. 4 represents a possible logic diagram for slaving, for example, the heart rate to the respiratory rate.
Une horloge 21 attaque un démultiplicateur d'impulsions22 à deux sor- tics. A clock 21 drives a pulse multiplier22 with two outputs.
La sortie la plus rapide attaque un registre à décalage 23, à sens de parcours unique, à une vitesse telle que le temps de parcours de toutes les sorties correspond au temps maximal qui pourra exister entre deux impulsions vers le coeur. The fastest output attacks a shift register 23, one-way direction, at a speed such that the travel time of all the outputs corresponds to the maximum time that can exist between two pulses to the heart.
Les premières sorties 24 sont parcourues en un temps correspondant au temps minimal entre deux impulsions cardiaques. The first outputs 24 are traversed in a time corresponding to the minimum time between two cardiac pulses.
Les avant-dernières sorties 25 et la dernière 26 sont parcourues en un temps égal à la différence entre les temps minimal et maximal. The penultimate outputs 25 and the last 26 are traversed in a time equal to the difference between the minimum and maximum times.
Les sorties 25 sont connectées sur une entrée de portes "et" 29. The outputs 25 are connected to a door input "and" 29.
Les impulsions de courant fournies à chaque cycle respiratoire par la diode 19 font progresser de droite à gauche une tension positive sur les sorties 28 du registre à décalage 27. The current pulses supplied to each respiratory cycle by the diode 19 cause a positive voltage to progress from right to left on the outputs 28 of the shift register 27.
Les impulsions fournies par la sortie la plus lente du démultiplicateur 22 font progresser de gauche à droite une tension négative sur ces mêmes sorties. The pulses supplied by the slowest output of the reduction gear 22 cause a negative voltage to progress from left to right on these same outputs.
Si la respiration est plus lente que le rythme du démultiplicateur 22, toutes les sorties 28 seront négatives, et viendront bloquer les portes 29, dont les sorties attaquent une porte "ou" 30. If the breathing is slower than the rate of the reduction gear 22, all the exits 28 will be negative, and will block the doors 29, the exits of which attack a door "or" 30.
Le registre à décalage 23 sera parcouru en entier avant que l'impu's-~r atteigne la sortie 26, envoyant une impulsion vers le coeur dans le temps maximal. The shift register 23 will be traversed in full before the impu's- ~ r reaches the output 26, sending a pulse towards the heart in the maximum time.
Si la respiration est plus rapide que le rythme fourni par le démultipl cateur 22, une tension positive apparait sur les sorties 28, et un équ qui- s'établit entre les sorties positives et négatives du registre 271 provo~uar~ l'ouverture des portes 29, d'autant plus a gauche que le rythme respiratoire est plus rapide. If the breathing is faster than the rhythm provided by the reduction gear 22, a positive tension appears on the outputs 28, and an equ which is established between the positive and negative outputs of the register 271 provo ~ uar ~ the opening of doors 29, all the more to the left as the respiratory rate is faster.
Un moins grand nombre de sorties 25 est parcouru avant qu'apparaisse la première porte 29 ouverte, et un temps moindre s'est écoulé entre deux i- - sions envoyées au coeur. Fewer outputs 25 are traversed before the first open door 29 appears, and less time has passed between two isions sent to the heart.
Chaque impulsion vers le coeur appliquée sur l'entrée 31 du registre a décalage 23 remet celui-ci à zéro. Each pulse to the heart applied to the input 31 of the shift register 23 resets it to zero.
Les vitesses d'exploration ne sont pas forcément linéaires, mais peu- vent suivre toute autre loi, par exemple logarithmique, pour tenir compte des nécessités physiologiques. Exploration speeds are not necessarily linear, but can follow any other law, for example logarithmic, to take into account physiological needs.
La logique décrite ci-dessus peut être Indépendante de la source d1ée- tricité, et etre éventuellement utilisée avec un stimulateur classique à r-~ le , en prélevant les signaux de commande sous forme électrique au niveau d'un nerf ou d'un muscle respiratoire. The logic described above can be independent of the source of electricity, and can possibly be used with a conventional stimulator to r ~ the, by taking control signals in electrical form at the level of a nerve or a muscle. respiratory.
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