FR2662084A1 - Electrode neurale annulaire. - Google Patents
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Abstract
Electrode neurale annulaire destinée à assurer, dans une gamme de température de fonctionnement donnée, un contact électrique à la périphérie d'un nerf (10) de façon à y induire une excitation électrique. Conformément à l'invention, ladite électrode est réalisée en un matériau à mémoire de forme susceptible de présenter, dans ladite gamme de température de fonctionnement, un effet superélastique accompagnant la transformation sous contrainte de la phase austénitique en phase martensitique. Application à la stimulation électrique des muscles.
Description
La présente invention concerne une électrode neurale annulaire destinée à assurer, dans une gamme de température de fonctionnement donnée, un contact électrique à la périphérie d'un nerf de façon à y induire une excitation électrique.
L'invention trouve une application avantageuse dans le domaine général de la stimulation électrique des nerfs permettant la commande de muscles ou d'autres organes, et notamment lorsque, à la suite d'une rupture de la colonne vertébrale aucun influx nerveux n'est susceptible de parvenir aux muscles des membres inférieurs afin de les mettre en mouvement. Dans ce cas, l'électrode, objet de l'invention, associée à des programmes complexes de simulation de la marche, doit permettre à des paraplégiques de recouvrer une certaines locomotion en substituant à l'influx nerveux manquant une excitation électrique propagée dans le nerf lui-même.
Par électrode neurale, on entend une électrode destinée à stimuler un muscle par l'intermédiaire de l'excitation d'un nerf, par opposition aux électrodes épimysiales qui, directement appliquées sur l'enveloppe du muscle, ont une action moins sélective.
Une électrode conforme au prémabule est connue de l'article de P.R. Troyk and J. Poyezdala intitulé "A bipolar cuff electrode for lower extremity functional electrical stimulation" paru dans IEEE/Ninth Annual
Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society (1987).
Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society (1987).
L'électrode neurale annulaire décrite dans cet article est une pièce en forme de U en Dacron imprégnée de silicone sur laquelle sont disposées des électrodes de stimulation en platine, le nerf étant disposé à l'intérieur de la forme en U. Comme toutes les électrodes neurales, ce type d'électrode connue présente cependant des limitations liées au fait que, sous peine d'altérations irréversibles de la fonction, un nerf ne peut être soumis à une pression supérieure à 16 mmHg. En particulier, l'électrode décrite plus haut ne peut réagir à une éventuelle augmentation de la section du nerf, lequel se trouve alors contraint de manière excessive par l'électrode et donc définitivement détruit.D'autre part, afin précisément d'éviter que le nerf ne soit maintenu trop serré dans l'électrode, on prévoit généralement un ajustement assez lâche de l'électrode autour du nerf, ce qui a pour inconvénient de ne pas assurer un maintien mécanique et un contact électrique très sûrs et reproductibles.
Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de réaliser une électrode neurale annulaire conforme au préambule qui permettrait d'éviter, quelles que soient les circonstances, une trop forte contrainte du nerf dans l'électrode et qui offrirait également une bonne tenue mécanique.
La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que ladite électrode est réalisée en un matériau à mémoire de forme susceptible de présenter, dans ladite gamme de température de fonctionnement, un effet superélastique accompagnant la transformation sous contrainte de la phase austénitique en phase martensitique.
On sait, en effet, qu'il est possible, à des températures comprises entre la température AF de fin de transition austénitique et une température AFRO' de faire passer, et inversement, un matériau à mémoire de forme de la phase austénitique à la phase martensitique par application ou relâchement d'une contrainte mécanique. Ce passage réversible s'accompagne d'un important effet superélastique caractérisé par un domaine où la contrainte reste relativement faible et constante, c'est-à-dire quasi indépendante de la déformation du matériau.
Aussi, l'électrode neurale annulaire selon l'invention peut se déformer facilement sur une grande plage de déformations, par exemple sous l'effet d'une augmentation du diamètre du nerf, sans développer sur le nerf de fortes contraintes qui le lèseraient définitivement. En conséquence, on peut prévoir, lors de la mise en place de l'électrode objet de l'invention autour du nerf, un contact légèrement serré mais néanmoins beaucoup plus ajusté que dans le cas des électrodes connues de l'état de la technique, sachant qu'en tout état de cause la contrainte restera inférieure à la contrainte limite tolérable.
D'autre part, l'électrode neurale annulaire conforme à l'invention présente l'avantage supplémentaire d'une mise en place particulièrement aisée en mettant en oeuvre les propriétés caractéristiques des matériaux à mémoire de forme. A cet effet, il est prévu que le matériau à mémoire de forme est conformé de façon à assurer le contact électrique avec ledit nerf dans un état de mémoire de forme en phase austénitique. Dans ce mode de réalisation, l'électrode est amenée à basse température en phase martensitique, mise en position ouverte et engagée sur le nerf. Puis, par simple réchauffement au-delà de la température de transition jusqu'en phase austénitique, l'électrode reprend la position fermée dans laquelle elle avait été préalablement conformée.
Bien entendu, au lieu d'utiliser le simple effet de mémoire de forme, on peut, de manière avantageuse, mettre en oeuvre le double effet de mémoire. Dans ce cas, ledit matériau à mémoire de forme est conformé de façon à assurer le contact électrique avec ledit nerf dans un premier état de mémoire de forme, et à assurer le dégagement et/ou l'engagement de ladite électrode dans un deuxième état de mémoire de forme. Après avoir soumis l'électrode selon l'invention à un processus d'éducation du type de ceux décrits dans la demande de brevet européen n0 0 161 952, il est possible d'obtenir que le passage du premier état de mémoire de forme au deuxième état de mémoire de forme est effectué de façon réversible du seul fait du franchissement de la température de transition dudit matériau à mémoire de forme.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
La figure la est une vue de côté d'une électrode neurale annulaire conforme à l'invention.
La figure lb est une vue en coupe selon la ligne Il-Il de la figure la.
La figure 2 est un diagramme contrainte-déformation d'un matériau à mémoire de forme à l'état superélastique.
La figure 3a est une vue de côté d'une première variante de réalisation de l'électrode selon l'invention.
La figure 3b est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 3a.
La figure 4a est une vue de côté d'une deuxième variante de réalisation de l'électrode selon l'invention.
La figure 4b est une vue de côté selon la ligne Il-Il de la figure 4a.
La figure 5 est une vue de face montrant un premier mode d'association de deux électrodes conformes à la figure lb.
La figure 6 est une vue de face montrant un deuxième mode d'association de deux électrodes conformes à la figure lb.
La figure 7 est une vue de face d'une électrode double conforme à l'invention.
Les figures la et lb montrent sur une vue de côté et en coupe une électrode neurale annulaire destinée à assurer, dans une gamme de température de fonctionnement donnée, un contact électrique à la périphérie d'un nerf 10 de façon à y induire une excitation électrique.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'électrode des figures la et lb est réalisée en un matériau à mémoire de forme susceptible de présenter, dans la gamme de température de fonctionnement, un effet superélastique accompagnant la transformation sous contrainte de la phase austénitique en phase mantensitique. Un diagramme contrainte a / déformation s représentant cet effet est donné à la figure 2. On peut voir sur le diagramme de la figure 2 qu', au-dessous d'une température AFa au-delà de laquelle la transformation sous contrainte austénite-martensite n'est plus possible, une contrainte appliquée à un matériau à mémoire de forme à l'état austénitique provoque, à partir d'une contrainte limite ao, la formation d'une phase martensitique dont l'apparition s'accompagne de profondes modifications des propriétés élastiques de l'alliage à mémoire de forme. La figure 2 montre en effet que le matériau présente alors un module d'élasticité nettement réduit caractérisé par le fait qu'une variation relativement faible de la contrainte appliquée produit une déformation qui peut être notable.Inversement, le matériau à mémoire de forme à l'état superélastique ne développe pratiquement pas de contrainte en réaction à une déformation imposée, même importante. C'est cette dernière propriété qui est mise à profit par l'électrode neurale annulaire de l'invention. Dans ce but, la gamme de température de fonctionnement de l'électrode est choisie entre la température A F de fin de transition austénitique et la température AF . Dans ces conditions, on peut observer que si la section du nerf 10 est amenée à augmenter, l'électrode montrée aux figures la et lb pourra se déformer en conséquence sans exercer sur le nerf 10 de contrainte supplémentaire excessive qui risquerait de l'endommager de façon irréversible.Les risques de destruction du nerf provoquée par une force de pression trop grande étant considérablement limités, il est permis de prévoir qu'au repos le nerf puisse être soumis à une légère contrainte assurant le maintien mécanique nécessaire à un bon contact électrique.
Pour un domaine de température de fonctionnement compris entre 350C et 420C, la température AF du matériau à mémoire de forme doit être prise au moins égale à 420C tandis que la température AF de fin de transition austénitique est choisie au plus égale à 35 C.
De façon plus particulière, les propriétés de mémoire de forme sous l'effet de la température peuvent être avantageusement mises en oeuvre dans les opérations visant à placer l'électrode selon l'invention sur le nerf et, éventuellement, à l'en retirer.
Dans le cadre d'une utilisation de l'effet de mémoire simple, le matériau à mémoire de forme constituant l'électrode est conformé de façon à assurer le contact électrique avec le nerf 10 dans un état de mémoire de forme en phase austénitique. La mise en place s'effectue alors de la manière suivante : l'électrode est amenée en phase martensitique autour de 00C par exemple, ce qui suppose que la température MF de fin de transition martensitique soit voisine de 0 C, et conformée en position ouverte. Puis, après mise en position autour du nerf, l'électrode reprend sous l'effet du réchauffement de température la configuration de maintien qui lui avait été donnée initialement en phase austénitique, à condition toutefois que la température AS de début de transition austénitique soit supérieure à 0 C.
Si le double effet de mémoire est utilisé, le matériau à mémoire de forme doit être conformé de façon à assurer le contact électrique avec le nerf dans un premier état de mémoire de forme, et à assurer le dégagement et/ou l'engagement de l'électrode dans un deuxième état de mémoire de forme. De façon pratique, les premier et deuxième états de mémoire de forme sont respectivement définis en phase austénitique et en phase martensitique. Le passage de l'un à l'autre des états de mémoire de forme peut être effectué de façon réversible du seul fait du franchissement de la température de transition du matériau à mémoire de forme. A cet effet, l'électrode selon l'invention est soumise à un processus d'éducation dont des exemples sont donnés dans la demande de brevet européen n0 0 161 952.
La figure la montre par ailleurs que l'électrode présente sur sa partie extérieure une gaine 21, par exemple en silicone bio-compatible, permettant d'éviter le contact entre les tissus et l'alliage de Ni-Ti, par exemple, formant l'électrode. La polarisation de ladite électrode est assurée par un conducteur 30. Dans ce mode de réalisation, la liaison électrique avec le nerf 10 est obtenu par contact direct sur le nerf du matériau à mémoire de forme constituant l'électrode.De façon à limiter davantage les réactions néfastes qui pourraient se reproduire entre le matériau de l'électrode et le milieu biologique, il est prévu, comme l'illustrent les figures 3a et 3b, que la partie intérieure de l'électrode soit également revêtue d'une gaine isolante 22 sur laquelle est rapportée une zone de contact formée, dans l'exemple des figures 3c et 3b, par un fil conducteur annulaire 23 relié au conducteur 30. Avantageusement, le fil conducteur 23 est en platine dont la compatibilité biologique est bien plus grande que celle de l'alliage Ni-Ti.
Les figures 4a et 4b illustrent une variante de réalisation de l'électrode des figures 3a et 3b dans laquelle la zone de contact 23 électrique est composée d'une pluralité de pastilles conductrices disposées de façon annulaire sur la paroi intérieure de l'électrode.
Les figures 5, 6 et 7 montrent des dispositifs d'excitation neurale composés en substance de deux électrodes annulaires 20, 20' destinées à être portées à des potentiels électriques différents de façon à produire une excitation électrique longitudinale à l'intérieur du nerf 10.
Les modes de réalisation des figures 5 et 6 sont constitués de deux électrodes identiques à celle représentée sur les figures la et lb. Dans le cas de la figure 5, les conducteurs 30 et 30' sont réunis dans une même enveloppe isolante 40 sortant en bout du dispositif, tandis que dans l'exemple de la figure 6, l'enveloppe 50 sort entre les deux électrodes 20 et 20'. Les enveloppes isolantes 40 et 50 sont réalisées par de la résine époxy en enrobage.
La figure 7 montre un autre dispositif d'excitation neurale qui peut être décrit par une électrode double formée en un seul tenant de deux électrodes similaires à celles des figures 4a et 4b qui seraient accolées l'une à l'autre de manière à ne former qu'une seule pièce. Les conducteurs 30 et 30' sont également réunis dans une enveloppe isolante 60 en résine époxy.
Claims (13)
1. Electrode neurale annulaire destinée à assurer, dans une gamme de température de fonctionnement donnée, un contact électrique à la périphérie d'un nerf (10) de façon à y induire une excitation électrique, caractérisée en ce que ladite électrode est réalisée en un matériau à mémoire de forme susceptible de présenter, dans ladite gamme de température de fonctionnement, un effet superélastique accompagnant la transformation sous contrainte de la phase austénitique en phase martensitique.
2. Electrode neurale annulaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que la température A Fa dudit matériau à mémoire de forme, au-delà de laquelle la transition sous contrainte austénitemartensite est impossible, est au moins égale à 42 C.
3. Electrode neurale annulaire selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la température AF de fin de transition austénitique dudit matériau à mémoire de forme est au plus égale à 35 C.
4. Electrode neurale annulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit matériau à mémoire de forme est conformé de façon à assurer le contact électrique avec ledit nerf (10) dans un état de mémoire de forme en phase austénitique.
5. Electrode neurale annulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit matériau à mémoire de forme est conformé de façon à assurer le contact électrique avec ledit nerf (10) dans un premier état de mémoire de forme, et à assurer le dégagement et/ou l'engagement de ladite électrode par déformation à l'état martensitique.
6. Electrode neurale annulaire selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'électrode a subit un traitement d'éducation lui conférant un second état de mémoire de forme et que le passage du premier état de mémoire de forme au deuxième état de mémoire de forme est effectué de façon réversible du seul fait du franchissement de la température de transition dudit matériau à mémoire de forme.
7. Electrode neurale annulaire selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la température MF de fin de transition martensitique dudit matériau à mémoire de forme est voisine de 0 C, et en ce que la température AS de début de transition austénitique correspondante est supérieure à 0 C.
8. Electrode neurale annulaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle présente une partie extérieure revêtue d'une gaine isolante (21).
9. Electrode neurale annulaire selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle présente une partie intérieure de contact munie d'une gaine isolante (22) et d'au moins une zone de contact (23) rapportée sur ladite gaine isolante.
10. Electrode neurale annulaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite zone de contact (23) est un fil conducteur annulaire.
Il. Electrode neurale annulaire selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite zone de contact (23) est constituée par une pluralité de pastilles conductrices disposées de façon annulaire.
12. Dispositif d'excitation neurale, caractérisé en ce qu'il est constitué par deux électrodes neurales annulaires (20, 20') selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, présentant chacune un conducteur (30, 30') de polarisation, lesdits conducteurs de polarisation étant réunis dans une même enveloppe isolante (40) en bout dudit dispositif d'excitation.
13. Dispositif d'excitation neurale, caractérisé en ce qu'il est constitué par deux électrodes neurales annulaires (20, 20t) selon l'une quelconques des revendications 1 à 11, présentant chacune un conducteur (30, 30') de polarisation, lesdits conducteurs de polarisation étant réunis dans une même enveloppe isolante (50) située entre les deux électrodes (20, 20').
14. Dispositif d'excitation neurale, caractérisé en ce qu'il est constitué par une électrode double formée, en un seul tenant, de deux électrodes selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, accolées.
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