FR2536286A1 - Dispositif stimulateur de muscles de securite - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES STIMULATEURS DE TISSUS. UN STIMULATEUR DU TYPE PRODUISANT DES INTERVALLES DE STIMULATION COURTS SUIVIS PAR DES INTERVALLES DE REPOS PLUS LONGS, COMPORTE UN DISPOSITIF DE SECURITE DESTINE A ARRETER LE FONCTIONNEMENT SI L'INTERVALLE DE STIMULATION DEPASSE UNE VALEUR MAXIMALE PREDETERMINEE. UN TEMPORISATEUR 54 MESURE LA DUREE DE CHAQUE INTERVALLE "MARCHE". SI LA DUREE D'UN INTERVALLE "MARCHE" DEPASSE LA VALEUR MAXIMALE PREDETERMINEE, LE TEMPORISATEUR ARRIVE EN FIN DE TEMPORISATION ET ARRETE LA STIMULATION. APPLICATION AU MATERIEL MEDICAL.

Description

La présente invention concerne des dispositifs

pour la stimulation de muscles, et en particulier des dis-

positifs qui emploient des mécanismes de sécurité pour

éviter une stimulation excessive en cas d'erreur de l'uti-

lisateur ou de panne du dispositif. On a découvert que la scoliose pouvait être traitée par des dispositifs électroniques de stimulation de muscles Dans une catégorie de dispositifs, on implante des électrodes pour agir sur des muscles situés sur les

cotés de la colonne vertébrale Un récepteur RF est im-

planté pour alimenter les électrodes Lorsqu'un traite-

ment doit être effectué, on place un émetteur RF au-

dessus d& récepteur pour exciter les électrodes On trou-

ve une description générale d'un tel traitement de la

scoliose dans l'article "Electrospinal Instrumentation for Scoliosis: Current Status,"' par Bobeschkb, Herbert et Friedman, Orthopedic Clinics of North America,

Vol X, NO 4, octobre 1979 Le brevet U S 4 026 301 dé-

crit un appareil et un procédé pour traiter la scoliose au moyen d'électrodes implantées D'autres dispositifs traitent la scoliose de façon transcutanée au moyen

d'électrodes placées sur la peau.

Le traitement de patients atteints de scoliose avec un tel dispositif s'effectue habituellement pendant

la nuit, lorsque le patient dort, De ce fait, le stimu-

lateur ou émetteur, les fils ou un autre appareillage externe ne sont pas utilisés pendant la journée, ce qui

évite de gêner le patient.

Si le patient dort pendant le traitement, il ne peut pas reconnaître immédiatement des changements instantanés dans le traitement Le traitement consiste normalement en courtes durées de stimulation électrique

suivies par une plus longue durée de repos Ceci se pour-

-suit pendant toute la nuit Par exemple, un cycle pour-

rait contenir une phase de stimulation brève de cinq se-

condes suivie par une durée de repos de vingt-cinq se-

condes Si certaines parties de l'équipement ne fonction-

nent pas correctement et si la durée de la phase de sti-

mulation est trop longue, il peut en résulter une irri-

tation des muscles du patient Si, par exemple, il se

produisait une stimulation constante, le patient fini-

rait par s'éveiller, mais il pourrait en résulter une

douleur dans le dos.

Bien qu'il n'y ait pas eu d'observation clini-

que de pannes de tels circuits, dans un produit dans le-

quel la santé d'un patient est en jeu, il est impératif de prendre toutes les précautions possibles pour empêcher que des pannes possibles de l'équipement n'entraînent

une irritation du patient.

Certains dispositifs de stimulation de ce ty-

pe comprennent un bouton de stimulation constante que

le patient peut actionner pour obtenir un train perma-

nent de signaux de stimulation Pour faire en sorte qu'

un tel bouton de stimulation constante ne soit pas uti-

lisé mal à propos, ou que l'utilisateur ne l'actionne pas pendant une durée trop élevée, il est souhaitable que le stimulateur soit conçu de façon à se mettre hors fonction avant que la stimulation constante puisse avoir

des effets médicaux indésirables.

La demande de brevet U S 243 558 décrit un exemple de stimulateur de muscles antérieur qui peut être utilisé dans le traitement-de la scoliose Une partie du circuit qui est décrit ici est décrite et revendiquée

dans la demande précitée.

L'invention concerne un dispositif de sécurité comprenant des moyens de commutation de sécurité et des moyens de temporisation de sécurité, pour l'utilisation dans un stimulateur de tissus d'un type qui comprend des moyens permettant l'émission d'un signal périodique, avec

des moyens séquenceurs pour permettre l'émission du si-

gnal pendant un intervalle de temps de marche prédétermi-

né et pour bloquer le signal pendant un intervalle de

temps d'arrêt prédéterminé, de façon répétitive Une sti-

mulation est appliquée au patient pendant l'intervalle de temps de marche L'intervalle de temps d'arrêt constitue

une durée de repos Dans un stimulateur construit confor-

mément à l'invention, les moyens de temporisation de sé-

curité mesurent la durée de l'intervalle de temps de mar-

che Des moyens de détection de fin de temporisation ap-

partenant aux moyens de temporisation arrêtent le fonc-

tionnement des moyens de temporisation lorsqu'un inter-

valle de temps maximal est atteint avant la fin de l'in-

tervalle de temps de marche; Des moyens de restauration restaurent les moyens de temporisation, de-préférence au

début de chaque intervalle "marche", de façon que les mo-

yens de temporisation soient capables de commencer la me-

sure de l'intervalle de temps "marche" suivant.

L'intervalle de temps "marche" maximal est de préférence de 40 secondes,

Le stimulateur de muscles comprend de préféren-

ce des moyens de commutation "marche", actionnés par l'uti-

lisateur, pour mettre le stimulateur sous tension, et des

moyens pour restaurer les moyens de temporisation lors-

que les moyens de commutation "marche" sont actionnés.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description qui va suivre d'un mode de réalisation et

en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique fonctionnel d'un dispositif stimulateur neuromusculaire à deux canaux,

comprenant un circuit de commutation de sécurité et un tem-

porisateur de-sécurité construits conformément à l'inven-

tion; et

_ La figure 2 montre la disposition des figures 2 A-

2 C, représentant les circuits du dispositif de la figure 1.

Le schéma-synoptique de la figure 1 montre la

structure d'ensemble d'un dispositif stimulateur neuro-

musculaire à deux canaux comprenant un dispositif de sécu-

rité construit conformément à l'invention Le mode -de réa-

lisation représenté est un dispositif de stimulation ISOMOD Le dispositif global 10 comprend une paire de jacks de sortie 12 et 14 qui peuvent être connectés à des

électrodes de stimulation appropriées,dans le cas d'un dis-

positif ESO (externe), ou à un émetteur RF dans le cas

d'un dispositif de stimulation implantable ESI.

Les jacks 12 et 14 constituent des sorties res-

pectives pour les canaux 1 et 2 du dispositif 10 Le cir-

cuit de chaque canal est identique Les canaux 1 et 2

ont des circuits de sortie à courant constant (ESO), por-

tant respectivement les références 16 et 18 Dès comman-

des d'amplitude individuelles 20 et 22, réglées par le patient, permettent de régler l'amplitude des impulsions de stimulation provenant des circuits de sortie respectifs

16 et 18.

Des circuits de définition de largeur d'im-

pulsion pour le canal 1 et pour le canal 2, portant les références 32 et 34, appliquent des signaux d'attaque 28 et 30 aux circuits de sortie 16 et 18 Les circuits de définition de largeur d'impulsion sont attaqués par

des signaux d'entrée 36 et 38 qui sont fournis par un os-

cillateur de détermimtiixn de rythme 40 et par un inverseur

de phase 42 dont le signal d'entrée 44 provient de l'os-

cillateur de détermination de rythme 40 L'oscillateur de dé-

termination de rythme 40 comporte des moyens de réglage 46,

commandés par un médecin, pour modifier le rythme d'oscil-

lation Dans le mode de réalisation préféré qui est repré-

senté, le rythme des impulsions est réglable entre 15 et

impulsions par seconde.

Des signaux d'entrée supplémentaires appliqués aux circuits de définition de largeur d'impulsion 32 et 34 proviennent respectivement de circuits de génération

de signal en rampe de définition de-largeur d'impul-

sion, 48 et 50 Un circuit de commutation de sécurité 52 commande les circuits de génération de signal en rampe de définition de largeur d'impulsion 48 et 50 Le circuit de commutation de sécurité 52 applique également un si- gnal logique de commutation à l'entrée d'un temporisateur de sécurité 54, qui effectue un contrôle portant sur la

durée de stimulation maximale, conformément à l'invention.

Un interrupteur "marche" 56, du type à impulsion, appli-

que un signal d'entrée aux circuits de génération de si-

gnal en rampe -de définition de largeur d'impulsion, 48 et 50, par l'intermédiaire du circuit de commutation de

sécurité 52 L'interrupteur "marche" 56, du type à impul-

sion, est également appelé ici interrupteur de déclenche-

ment de "stimulation constante".

Un séquenceur marche/arrêt 62 applique un si-

gnal d'entrée de séquenceur au circuit de commutation de sécurité 52 pour faire fonctionner les circuits de façon intermittente pendant un traitement, de-façon à appliquer des impulsions en salves ayant une durée prédéterminéeet

a supprimer les impulsions de sortie pendant un interval-

le de temps "arrêt" ou intervalle de repos prédéterminé, de la manière établie par des commandes de réglage 66 et

68 qui sont actionnées par un médecin Le séquenceur mar-

che/arrêt 62 permet de préférence d'obtenir des interval-

les de stimulation et de repos alternés, de 2 à 25 secon-

des chacun.

Les figures 2 A à 2 C montrent un schéma détaillé du dispositif stimulateur neuromusculaire à deux canaux de la figure 1, avec un dispositif de sécurité conforme à l'invention Les cadres en pointillés sur les figures

2 A à 20 correspondent de façon générale aux cadres por-

tant les mêmes numéros dans le schéma synoptique fonction-

nel de la figure 1 Le cadre 72 contient un circuit de

source d'alimentation qui n'est pas représenté explicite-

ment sur la figure 1.

La figure 2 B montre les détails du séquenceur marche/arrêt 62 Le séquenceur 62 établit les intervalles de temps "marche", ou de stimulation, et "arrêt" ou de repos qui alternent pendant la durée de traitement sélec- tionnée, conformément aux commandes 66 et 68, réglables

par un médecin, qui sont des résistances variables appa-

raissant dans le circuit du séquenceur 62, comme le mon-

tre la figure 2 B. La résistance variable R 9 ou 66 est dans le

circuit de réaction d'une bascule de Schmitt U 2 D, en sé-

rie avec une résistance d'étalonnage R 1 O Pour que la bascule de Schmitt U 2 D fonctionne en oscillateur, un condensateur C 5 est connecté entre sa borne d'entrée 1

et la masse Le signal de sortie de l'oscillateur à bas-

cule de Schmitt U 2 D est transmis par une diode CR 13 à une borne 10 qui est l'entrée d'un compteur binaire CMOS

à 14 étages, fabriqué par Fairchild et d'autres fabri-

cants sous la référence 4020 Le compteur U 4 est restau-

ré lorsqu'une tension positive est appliquée à la borne de restauration Il Un signal de restauration est fourni par le diviseur de tension formé par le condensateur Ci

et la résistance R 4 lorsque le circuit est mis sous ten-

sion Le signal de sortie du quatorzième étage du compteur binaire U 4, sur la broche 3, est transmis par la diode CR 9

et est acheminé par la résistance R 43 vers le circuit in-

dicateur 70.

Le séquenceur "arrêt" est réalisé sur la figure 2 B en utilisant le circuit de bascule de Schmitt U 2 B Les

résistances de réaction comprennent une résistance d'éta-.

lonnage R 7 et la résistance R 6 ou 68 réglée par un méde-

cin Le condensateur C 4 fait osciller le circuit de la

même manière que le séquenceur "marche" Le signal de sor-

tie de l'oscillateur U 2 B, sur la borne 8, est transmis par

la diode CR 12 à l'entrée du compteur U 4.

Les oscillateurs U 2 B et U 2 D ne fonctionnent pas simultanément Le circuit qui comprend la diode CR 14, la diode CR 11 et la bascule de Schmitt U 2 C fonctionne à la manière d'une bascule pour permettre à l'un ou l'autre des oscillateurs U 2 B, U 2 D d'osciller à un instant quel-

conque La bascule de Schmitt U 2 C est connectée en inver-.

seur entre la borne d'entrée 9 de l'oscillateur "arrêt" U 2 B et la borne d'entrée 1 de l'oscillateur "marche" U 2 D. Lorsque le dispositif de stimulation est dans le cycle "marche", la broche 3 du compteur U 4 est à un potentiel bas, ce qui fait que l'oscillateur U 2 D fonctionne pendant

que le compteur binaire U 4 compte, jusqu'à ce que le si-

gnal de sortie de l'étage binaire 14, sur la broche 3, -

commute à un niveau haut Lorsque cette tension commute, le stimulateur s'arrête du fait de l'application de la

tension positive au circuit de commutation 52 par l'inter-

médiaire de la diode CR 9, de la résistance R 43 et de la diode CR 2 La tension élevée présente sur la broche 3 du compteur U 4 est transmise par la diode CR 14 de façon à

arrêter le fonctionnement de l'oscillateur U 2 D Cette ten-

sion élevée est également transmise par la résistance R 44 à U 2 C, qui l'inverse pour faire disparaître le signal au niveau logique haut qui était transmis par CR 11, pour maintenir l'oscillateur U 2 B arrêté Ainsi, U 2 B commence

à fonctionner lorsque U 2 D est arrêté En réglant les-fré-

quences de fonctionnement de U 2 D et U 2 B, on peut régler sur la plage de 2 à 25 secondes les durées "marché" et

arrêt" du mode de réalisation préféré qui est représenté.

L'interrupteur "marche" de stimulation constante, du type à impulsion (cadre 56) comporte un contact qui est désigné par 53 sur la figure 2 A Lorsque le contact 53 est

actionné, il connecte la cathode de la diode CR 8 à la mas-

se Ceci bloque les signaux provenant du compteur U 4, ce

qui fait que le séquenceur 62 ne peut pas arrêter le cir-

cuit pendant la durée au cours de laquelle le contact 53

de l'interrupteur à impulsion est fermé.

La fermeture du contact 53 applique également une masse à l'entrée de la bascule de Schmitt U 2 C, ce qui place un signal de niveau logique haut sur la sortie de la bascule de Schmitt U 2 C pour arrêter l'oscillateur U 2 B Cette caractéristique de fonctionnement permet à l'oscillateur U 2 D de demeurer en fonctionnement jusqu'à

ce que le compteur U 4 atteigne la fin de son cycle tem-

porel, de façon que lorsqu'on relâche la pression sur le contact de stimulation constante 53, le séquenceur 62 soit dans la position "arrêt" et au début du cycle "arrêt" Ceci est une caractéristique de fonctionnement importante, du fait qu'après qu'une stimulation continue a été appliquée à un groupe de muscles, sous la commande du contact de stimulation constante, il est extrêmement souhaitable de permettre au muscle de récupérer, dans

une condition non stimulée Le fait de permettre au sé-

quenceur "marche" de continuer à fonctionner pour rame-

ner le circuit au début du cycle "arrêt" pendant la du-

rée au cours de laquelle une stimulation constante est appliquée, permetd'atteindre ce but souhaitable dans le

mode de réalisation préféré du stimulateur représenté.

Le signal de sortie présent sur la borne 3 du

compteur U 4 est transmis par la résistance R 43 aux vo-

yants lumineux indicateurs de séquenceur 70 Le signal traverse la résistance R 5 vers la basé du transistor NPN Q 1 dont la base est connectée à la masse par la résistance R 41 Le collecteur du transistor Qi est connecté à la base

du transistor Q 2 par la résistance R 12 Une diode électro-

luminescente (DEL) verte CR 15 est connectée au collecteur

du transistor Q 1, tandis qu'une DEL rouge CR 16 est connec-

tée au collecteur du transistor Q 2 Les anodes des DEL

CR 15 et CR 16 sont connectées par une résistance de limita-

tion de courant R 11 à l-a source de tension d'alimentation non régulée + V Les émetteurs des transistors Qi et Q 2 sont reliés ensemble et connectés au collecteur du transistor NPN Q 9 qui reçoit un signal d'entrée par la résistance

R 42 L'un ou l'autre des transistors QI, Q 2 est conduc-

teur, selon que le signal de sortie du compteur U 4 est dans un état haut ou bas Le transistor Q 9 est placé à l'état conducteur pendant chaque demi-cycle du signal de

sortie de l'oscillateur de détermination de-rythme 40.

Les DEL indiquent ainsi si la stimulation est à l'état

"marche" ou "arrêt" Pendant le cycle "marche", ou lors-

que le contact 53 est poussé pour produire une stimula-

tion constante, la lumière rouge de la DEL CR 16 apparaît.

Pendant le cycle "arrêt", ou lorsque le temporisateur de traitement arrête le dispositif, la lumière verte de la

DEL CR 15 apparaît Du fait que le transistor Q 9 est blo-

qué et débloqué au rythme de l'oscillateur de détermina-

tion de rythme, les diodes électroluminescentes CR 15 et C Ri 6 clignotent à un rythme qui correspond au rythme de l'oscillateur, et la consommation d'énergie pour faire fonctionner les indicateurs est notablement réduite Si on règle le rythme de l'oscillateur 40 à une valeur très

basse, le clignotement est visible pour l'oeil de l'uti-

lisateur.

Le signal qui provient de la sortie du tempo-

risateur U 4 est transmis à la base du transistor NPN Q 3, par la résistance R 43, la diode CR 2, le conducteur 93 et

la résistance R 16 La base du transistor Q 3 est connec-

tée à la masse par la résistance R 15 Le collecteur du

transistor Q 3 est connecté par la résistance R 22 à la ba-

se du transistor Q 8 L'émetteur du transistor NPN Q 8 est

connecté à l'alimentation régulée +Vi La base du transis-

tor Q 8 est connectée à l'alimentation régulée +VI par la

résistance R 45, et le collecteur du transistor Q 8 est con-

necté par la résistance R 23 aux diodes CR 26 et CR 23, aux entrées des circuits de génération du signal en rampe du

canal 1 et du canal -2, qui portent respectivement les ré-

1.0 férences 43 et 50 et sont identiques, comme le montre la

figure 2 C Les circuits détaillés des circuits de défini-

tion de largeur d'impulsion 32 et 34 sont également iden-

tiques il suffit donc de décrire le fonctionnement des circuits de sortie du canal 1, puisque les circuits de

sortie du canal 2 sont fondamentalement identiques.

Lorsque le compteur U 4 commute vers un signal positif, ce signal charge rapidement le condensateur C 9

du circuit de génération de signal en rampe 48, par la ré-

sistance R 23 qui a une impédance faible Les amplifica-

teurs opérationnels Ul A, UIB, Ul C, et Ul D font partie d'un bottier à quatre amplificateurs, tel qu'un circuit

LM 224 de la firme National Semiconductor La tension posi-

tive appliquée sur la borne d'entrée non inverseuse 5 de

l'amplificateur opérationnel UIC produit une tension po-

sitive sur la borne de sortie 7 de cet amplificateur, qui est connectée par la résistance R 25 à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel U 1 D dans le circuit de définition de largeur d'impulsion du canal 1, 32, ce qui a pour effet d'arrêter le fonctionnement du canal 1, comme décrit ci-après Lorsque le signal positif qui maintient le canal 1 arrêté est supprimé sur l'anode

de la diode CR 26, le condensateur C 9 qui a été chargé pré-

cédemment à un signal au niveau logique haut, commence à se décharger par la combinaison série de la résistance

réglable R 17 et de la résistance fixe R 18.

Du fait que l'amplificateur opérationnel Ui C est connecté en suiveur de tension, le signal de sortie positif de cet amplificateur diminue progressivement Le signal en rampe décroissante qui provient de la sortie du circuit de génération de signal en rampe 48 est sommé dans le circuit de définition de largeur d'impulsion 32 avec un signal de rythme carré, présent sur le conducteur 36 et produit par l'oscillateur de détermination de rythme 40,

dont le fonctionnement est envisagé ci-dessous.

Le signal de rythme carré présent sur le con-

ducteur 36 est transmis par le condensateur C 10 au cur-

seur de la résistance variable R 38, et par la résistance

R 27 à la borne d'entrée non inverseuse 3 de l'amplifica-

teur opérationnel U 1 D L'anode d'une diode CR 25 est con-

nectée à la masse et sa cathode est connectée a la bro-

che 3 de l'amplificateur opérationnel Ul D Les valeurs de

la résistance R 38, de la résistance 47 et du condensa-

teur C 10 sont choisies de façon à donner une constante de

temps qui, lorsqu'elle est appliquée au signal carré pré-

sent en sortie de l'oscillateur 40, produit une largeur

d'impulsion nominale de 225 microsecondes pour les impul-

sions de sortie La largeur d'impulsion du signal d'atta-

que présent sur le conducteur 28 varie en fonction inver-

se de la valeur du signal d'entrée en rampe qui est appli-

qué à l'amplificateur opérationnel Ul D et qui est produit

par le circuit de génération de signal en rampe 48 Lors-

que le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel UIC suit le condensateur C 9 jusqu'à zéro, la tension

-Vl se divise aux bornes des résistances R 26 et R 25, con-

nectées à la masse par l'intermédiaire de l'amplificateur opérationnel UIC, pour établir une polarisation fixe sur la broche 2 de l'amplificateur opérationnel Ul D.

Le signal présent sur le conducteur 28 est appli-

qué au circuit de sortie 16 du canal 1 Le signal consiste en un signal de largeur d'impulsion croissante qui commence par un signal très étroit lorsque la tension positive n'est plus appliquée à l'anode de la diode CR 265 et qui augmente jusqu'à la largeur d'impulsion nominale complète, après que le signal en rampe présent à la sortie du circuit de

* génération de signal en rampe 48 a diminué jusqu'à'zéro.

Lorsque le signal de sortie de l'amplificateur opération-

nel Ul C suit le condensateur C 9 jusqu'à'zéro, la tension

+V 1 se divise aux bornes des résistances R 26 et R 25, con-

nectées à la masse par l'intermédiaire de l'amplificateur opérationnel Ul C, pour appliquer une polarisation fixe à la broche 2 de l'amplificateur opérationnel Ul D Le front avant de l'impulsion apparaît à des intervalles qui sont déterminés par le signal carré que produit l'oscillateur 40, ce qui fait que les fronts avant des impulsions d'attaque sur le conducteur 28 apparaissent à un rythme

d'impulsion fixe.

L'oscillateur de détermination de rythme 40 est basé sur la bascule de Schmitt U 2 E et ses résistances

de réaction réglables R 13 et 46, ainsi que son condensa-

teur de temporisation C 6 Le signal d'attaque appliqué au -canal 1 est inversé par la bascule de Schmitt U 2 F de façon que les circuits d'attaque identiques des canaux

1 et 2 ne soient pas simultanément dans l'état "marche".

Ceci est nécessaire pour éviter une surcharge indésira-

ble de l'alimentation Des piles BT 1, BT 2 et BT 3 dans le

circuit de source d'alimentation 72 fournissent l'éner-

gie nécessaire au dispositif Les condensateurs Cll et

C 12 sont des condensateurs de grande capacité qu'on uti-

lise pour pouvoir fournir facilement le courant de sortie.

Ils sont montés tête-bêche pour éviter une détérioration

du fait de piles installées de façon incorrecte.

Du fait que les circuits de sortie 16 et 18 sont identiques, on ne décrira en détail que le circuit de sortie 16 du canal 1 Le signal d'attaque présent sur

le conducteur 28 est transmis par une résistance d'étalon-

nage variable R 28 Le signal d'attaque pour le transistor Q 4 est prélevé sur le curseur de la commande d'amplitude réglable par le patient, ou résistance 20 Le bobinage du potentiomètre ou de la résistance variable 20 est connecté à la base d'un transistor NPN Qll, à émetteur à la masse et collecteur ouvert, pour procurer une compensation de

température et de tension base-émetteur pour le transis-

tor Q 4 Le collecteur du transistor Q 4 est connecté à la base d'une paire Darlington de transistors PNP, Q 5, dont

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l'émetteur est connecté à l'alimentation -V La base de

la paire Darlington est également connectée à l'alimenta-

tion positive par la résistance R 33 Le collecteur du transistor Q 5 est connecté à la masse par l'enroulement primaire du transformateur d'isolation Tl et par une ré- sistance de mesure de courant R 31 La résistance R 31 a une valeur extrêmement faible et elle fait fonction de capteur de courant, pour forcer le transistor Q 5 à faire circuler un courant constant dans l'enroulement primaire

du transformateur Tl.

La réaction de courant est obtenue de la façon suivante Les tensions baseémetteur des transistors Q 4 et Qll sont appariées de fcaçon que la tension provenant

de la commande 20, ou résistance variable R 30, soit ap-

pliquée à la résistance R 31 pour faire circuler dans

celle-ci un courant proportionnel au réglage de la com-

mande 20 Le courant primaire du transformateur Tl est ainsi fixé à une valeur sélectionnée Le transformateur d'intensité Tl produit un courant de sortie constant pour

une impédance de charge comprise entre 100 et 1000 ohms.

Une diode de protection contre les surtensions transitoires CR 17 supprime la surtension inductive aux bornes de l'enroulement primaire du transformateur Tl

lorsque Q 5 se bloque à la fin d'une impulsion.

L'enroulement secondaire du transformateur Tl est connecté aux bornes de sortie 12 La diode zener CR 19 est une diode de sécurité destinée à empêcher que la

tension entre les bornes de sortie 12 ne s'élève à une va-

leur excessive si l'impédance de sortie entre les bornes

12 est extrêmement élevée, à cause d'une électrode mal fi-

xée ou d'un genre similaire de condition de circuit ouvert.

On utilise la diode CR 18 pour empêcher CR 19 de conduire en sens direct la partie négative de l'impulsion, ce qui maintient un signal de sortie continu résultant égal à zéro pour le patient Le transformateur produit un signal a 536286 équilibré, bipolaire, rectangulaire et dissymétrique avec

une composante continue résultante nulle.

Le temporisateur de sécurité 54 qui est repré-

senté utilise en tant que moyens de temporisation un compteur binaire CMOS à 14 étages, U 3, qui, comme le comp-

teur U 4, est fabriqué par Fairchild et d'autres fabri-

cants sous la référence 4020 Les nombres situés à l'ex-

térieur du rectangle du compteur U 3 indiquent les dési-

gnations de broches du fabricant pour les diverses bornes de ce compteur Le signal de sortie du compteur U 3, sur

la broche 3, provient du quatorzième étage du compteur.

Le signal d'entrée du compteur U 3 S, sur la borne 10, est

fourni par un circuit de bascule de Schmitt U 2 A qui uti-

lise un élément d'un module de bascules de Schmitt tel

que le circuit 40106 fabriqué par RCA, National Semi-

conductor et d'autres fabricants, qui contient six bas-

cules de Schmitt (U 2 A-U 2 F) La résistance de réaction

réglable R 3 et le condensateur de temporisation C 3 éta-

blissent la fréquence de la bascule de Schmitt U 2 A, fonc- tionnant en oscillateur, de façon à appliquer un signal

d'horloge à l'entrée du compteur U 3 Dans un mode de réa-

lisation préféré du stimulateur, on choisit le signal d'horloge de façon à obtenir un signal de sortie sur la

borne 14 du compteur binaire U 3 au bout de 40 secondes.

Le compteur U 3 est restauré à la mise sous ten-

sion du dispositif par le diviseur de tension qui est for-

mé par le condensateur Cl,-la diode C Ri et la résistance Rl Lorsque les interrupteurs de mise sous tension Si et/

ou 52 sont fermés, la tension +V est appliquée aux di-

vers circuits auxquels -elle est distribuée, et une tension régulée Vi apparaît aux bornes de la diode CR 3 Dans le

mode de réalisation préféré qui est représenté, les inter-

rupteurs SI et 52 sont respectivement incorporés dans les commandes d'amplitude 20 et 22, à la disposition du patient O Le condensateur C 2 est chargé presque instantanément par la

résistance de limitation R 2 et il procure un effet de fil-

trage pour la tension régulée Vi présente aux bornes de

la diode CR 3 Lorsque la tension Vl est appliquée au con-

densateur Ci, au moment o l'un ou l'autre des interrup-

teurs SI, 52 est fermé pour alimenter le stimulateur, le

condensateur Cl part d'un état dans lequel aucune ten-

sion n'est emmagasinée, ce qui fait que le courant de char-

ge qui passe de Vl vers la masse en traversant la diode CR 1 et la résistance Ri développe une tension positive aux bornes de la résistance RI, pour appliquer un signal de restauration à la borne 11 du compteur U 3 Une fois

que le condensateur Cl est complètement chargé, le cou-

rant de charge tombe à zéro et fait ainsi disparaître le

signal de restauration, pour permettre au signal d'horlo-

ge présent sur la borne 10 du compteur U 3 de commencer

l'opération de comptage.

Le compteur U 3 mesure la durée de l'intervalle

"marche" de la stimulation Lorsque l'oscillateur compre-

nant la bascule de Schmitt U 2 A a fourni 213 impulsions,

la broche 3 du compteur U 3 passe au niveau haut Le si-

gnal provenant de la broche 3 est appliqué par les dio-

des CR 6 et CR 7 à la bascule de Schmitt U 2 A pour arrêter l'oscillateur Ceci empêche la broche 3 du compteur U 3 de

commuter à nouveau au niveau bas après 2 autres impul-

sions.

Le signal qui provient de la broche 3 du comp-

teur U 3 est appliqué par les diodes CR 6 et CR 10 à la bro-

che 3 de la bascule de Schmitt U 2 E dans l'oscillateur de

détermination de rythme 40 Le signal appliqué à la bro-

che 3 de la bascule de Schmitt U 2 E arrête l'oscillateur

de détermination de rythme 40, ce qui empêche l'appari-

tion de signaux de sortie du stimulateur La bascule de Schmitt U 2 E est maintenue dans un état de sortie bas, ce

qui bloque le transistor Q 9, ce qui a pour effet d'étein-

dre les DEL CR 16 et CR 15 des voyants indicateurs 70.

Lorsque le stimulateur 10 accomplit des cycles normaux, dans le mode dans lequel la durée "marche" est inférieure à la durée de temporisation du compteur U 3 (moins de 213 impulsions provenant de l'oscillateur qui utilise la bascule de Schmitt U 2 A), le transistor Q 8 du

circuit de commutation de sécurité 52 se débloque pen-

dant le cycle "arrêt" du séquenceur 62 et se bloque

pendant son cycle "marche" Chaque fois que le stimula-

teur 10 passe à l'état "arrêt", le transistor Q 8 se dé-

bloque et restaure le compteur U 3 en appliquant un si-

gnal à la broche 11 par la diode CR 4 Si le séquenceur

62 ou un circuit quelconque qui lui est associé est dé-

fectueux, le transistor Q 8 ne se débloque pas pour res-

-taurer la broche 3 du compteur U 3 Dans ce cas, le comp-

teur U 3 arrive à la fin de sa durée de temporisation lorsque la broche 3 passe au niveau haut Ceci arrête tous les signaux de sortie du stimulateur et éteint les voyants indicateurs 70 De façon similaire, si on appuie sur le contact de stimulation constante 52 pendant une durée qui dépasse la durée de temporisation du compteur U 3, le transistor Q 8 ne se débloque pas pour restaurer

le compteur U 3 Le signal de sortie provenant de la bro-

che 3 du compteur U 3 est alors appliqué à la bascule de Schmitt U 2 E pour faire disparaître les signaux de sortie

du stimulateur.

Lorsqu'on relâche le contact de stimulation constante 52 ou lorsqu'un circuit défectueux quelconque

reprend un fonctionnement correct, le compteur U 3 re-

çoit une impulsion de restauration sur la broche 11 lors-

que la broche de sortie 3 du compteur U 4 passe à nouveau au niveau haut Cette impulsion est transmise à la broche 11 du compteur U 3 par le transistor Q 3, le transistor Q 8

et la diode CR 4 La diode CR 1 évite que de telles impul-

sions provenant du transistor Q 8 ne restaurent le comp-

teur U 4, tout en permettant la restauration des deux comp-

teurs U 4 et U 3 au moment de la mise sous tension, par le

condensateur unique Cl.

La longueur de l'intervalle "marche" que pro-

duit le séquenceur 62 est donc contr 8 lée en permanence par le temporisateur de sécurité 54 Chaque fois que l'intervalle de temps "marche" se termine, le circuit de commutation de sécurité 52 restaure le temporisateur de sécurité 54 Si l'intervalle "marche' vient à dépasser

l'intervalle de temporisation du temporisateur de sécuri-

té 54, l'oscillateur de détermination de rythme 40 ne peut plus produire de signal de sortie Par conséquent, dans le cas peu probable d'un fonctionnement défectueux des circuits, le stimulateur ne continue pas à produire des

signaux de sortie.

Si un utilisateur du stimulateur 10 évalue mal la durée pendant laquelle il appuie sur l'interrupteur

"marche" 56, du type à impulsion, le circuit de commuta-

tion de sécurité 52 ne restaure pas le temporisateur de sécurité 54 Le temporisateur de sécurité 54 arrive alors à la fin de sa durée de temporisation et bloque le signal de sortie de l'oscillateur de détermination de

rythme 40, empêchant ainsi une stimulation excessive.

Le dispositif de sécurité de l'invention em-

pêche de longues durées de stimulatio n, susceptibles de

produire une douleur dans le dos de patients qui utili-

sent le stimulateur de muscles 10 pendant de longues du-

rées, comme les patients atteints de scoliose qui reçoi-

vent une stimulation pendant toute la nuit.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent âtre apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Stimulateur de tissus ( 10) produisant un signal de stimulation périodique avec un intervalle de

temps "marche" prédéterminé qui alterne de façon répé-

titive avec un intervalle de temps "arrêt" prédéterminé,

caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de tempo-

risation ( 54) destinés à mesurer la durée de l'interval-

le de temps "marche"; des moyens de détection de fin de temporisation situs dans les moyens de temporisation, destinés à arrêter le signal de stimulation lorsqu'un intervalle de temps maximal est atteint avant la fin de

l'intervalle de temps "marche"; et des moyens de restau-

ration ('Q 8) destinés à restaurer les moyens de tempori-

sation pour qu'ils commencent la mesure de durée.

2 Stimulateur de tissus selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commutation destinés à appliquer un signal aux moyens de restauration (Q 8) au début de l'intervalle

"marche", pour activer les moyens de restauration.

3 Stimulateur de tissus selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commutation du type à impulsion ( 56) destinés à produire un signal de stimulation constantependant qu'ils sont actionnés; et des moyens à action prioritaire (U 2 C) dans des moyens séquenceurs ( 62), pour produire

l'intervalle "marche" pendant que les moyens de commuta-

tion du type à impulsion ( 56) sont actionnés; et en ce que les moyens de détection de fin de temporisation arret tent le fonctionnement des moyens de temporisation ( 54)

si l'intervalle "marche" déclenché par les moyens de com-

mutation du type à impulsion ( 56) dépasse l'intervalle

maximal prédéterminé.

4 o Stimulateur de tissus selon la revendication

1, caractérisé en ce que l'intervalle de temps maximal pré-

déterminé est de 40 secondes.

Stimulateur de tissus selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de temporisation ( 54) comprennent: un oscillateur (U 2 A) destiné à produire des impulsions de temporisation périodiques; et un compteur binaire (U 3) destiné à recevoir et à compter les impul-

sions de temporisation.

6 Stimulateur de tissus de sécurité caractéri-

sé en ce qu'il comprend: des moyens oscillateurs ( 40) destinés à produire un signal périodique à un rythme de répétition prédéterminé; des moyens de commande de rythme (R 13, R 14) connectés aux moyens oscillateurs pour modifier le rythme de répétition des moyens oscillateurs,

les moyens de commande de rythme étant mis hors fonc-

tion sous l'effet d'un signal de fin de temporisation;

des moyens séquenceurs ( 62) destinés à produire de fa-

çon répétitive un signal logique de séquenceur qui demeu-

re à un premier niveau pendantun intervalle de temps "marche" prédéterminé et à un second niveau pendant un intervalle de temps "arrêt"I prédéterminé; des premiers moyens de commande de séquenceur (U 2 D) connectés aux moyens séquenceurs pour fixer l'intervalle de temps "marche"prédéterminé; des seconds moyens de commande de séquenceur (U 2 B) connectés aux moyens séquenceurs

pour fixer l'intervalle de temps "arrêt" prédéterminé;.

des moyens de commutation de sécurité ( 52) destinés à recevoir le signal logique de séquenceur et à produire un signal logique de commutation; un circuit générateur de signal en rampe ( 48, 50) destiné à recevoir le signal logique de commutation et à produire un signal de sortie

en rampe qui varie depuis un premier niveau de rampe jus-

qu'à un second niveau de rampe, au rythme prédéterminé, en fonction de la réception d'un signal de commande de rampe; des moyens de commande de générateur de signal en rampe connectés au circuit générateur de signal en rampe pour appliquer le signal de commande de rampe; un circuit de définition de largeur d'impulsion ( 32, 34) connecté de façon à recevoir le signal en rampe provenant du circuit générateur de signal en rampe et à recevoir le signal de

sortie des moyens oscillateurs ( 40), et à produire un si-

gnal sous forme d'impulsions ayant une largeur d'impul- sion qui dépend du signal de sortie en rampe provenant du

circuit générateur de signal en rampe et du rythme de ré-

pétition prédéterminé des moyens oscillateurs ( 40); un circuit de sortie ( 16, 18) connecté de façon à recevoir

le signal sous forme d'impulsions du circuit de défini-

tion de largeur d'impulsion, et à produire un signal de

sortie; des moyens de temporisation ( 54) destinés à me-

surer la longueur de chaque intervalle de temps "marche" des moyens séquenceurs ( 62); des moyens de détection de

fin dé temporisation qui sont destinés à arrêter le fonc-

tionnement des moyens de temporisation et à fournir le

signal de fin de temporisation pour arrêter le fonction-

nement des moyens oscillateurs ( 40) si l'intervalle "marche" dépasse un intervalle maximal prédéterminé; et des moyens de restauration (Q 8) destinés à restaurer les

moyens de temporisation ( 54) au début de chaque inter-

valle de temps "marche", sous l'effet du signal logique

de commutation provenant des moyens de commutation de sé-

curité ( 52).

7 Stimulateur de tissus selon la revendica-

tion 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commutation du type à impulsion ( 56) destinés à produire un signal de stimulation constant pendant

qu'ils sont actionnés; et des moyens à action priori-

taire (U 2 C) dans les moyens séquenceurs ( 62) pour pro-

duire l'intervalle "marche" pendant que les moyens de commutation du type à impulsion ( 56) sont actionnés; et

en ce que les moyens de détection de fin de temporisa-

tion arrêtent le fonctionnement-des moyens de temporisa-

tion ( 54) si l'intervalle "marche' qui est déclenché par

les moyens de commutation du type à impulsion ( 56) dé-

passe l'intervalle maximal prédéterminé.

8 Stimulateur de tissus selon la revendica-

tion 6, caractérisé en ce que l'intervalle de temps maxi-

mal prédéterminé est de 40 secondes.

9 Stimulateur de tissus selon la revendica-

tion 6, caractérisé en ce que les moyens de temporisa-

tion ( 54) comprennent: un oscillateur (U 2 A) destiné à pro-

duire des impulsions de temporisation périodiques; et

un compteur binaire (U 3) destiné à recevoir et à comp-

ter les impulsions de temporisation.