FR2731157A1 - Stimulateur magnetique pour tissu neuromusculaire - Google Patents
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Abstract
Un stimulateur magnétique pour tissu neuromusculaire comporte un condensateur à décharges (9), au moins un interrupteur de commande de décharge (10) pour permettre la décharge du condensateur à décharges dans une bobine de stimulation (11), ainsi que des moyens pour récupérer de l'énergie de la bobine de stimulation (11) lorsque la circulation de courant du condensateur à décharges vers la bobine de stimulation est interrompue, l'énergie étant récupérée soit par le condensateur à décharges soit par un condensateur prévu en plus dudit condensateur à décharges. Le condensateur supplémentaire peut être un condensateur formant réservoir (2) relié en vue d'être chargé par une alimentation en énergie, et il peut être prévu des moyens (3, 15) pour pomper une charge du condensateur formant réservoir vers un condensateur de transfert (5), ainsi que des moyens (8) pour pomper une charge du condensateur de transfert vers le condensateur à décharges.
Description
STIMULATEUR MAGNETIQUE POUR TISSU NEUROMUSCULAIRE
Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à la stimulation magnétique du tissu neuromusculaire. Cette stimulation est réalisée en créant un champ magnétique variant rapidement, typiquement de l'ordre de 20 kTesla/s, à proximité du tissu. Un courant électrique est ainsi induit dans le tissu et
entraîne une stimulation de celui-ci.
Antécédents de l'invention Divers types de stimulateurs magnétiques sont connus, par exemple,
celui qui est décrit dans le brevet US-A-4940453.
Les stimulateurs magnétiques connus comportent, en général, un circuit de charge, un condensateur, une commande de décharge telle qu'un redresseur commandé pour permettre la décharge du condensateur à travers la bobine de stimulation, ainsi que certains éléments de circuit destinés à limiter l'effet des transitoires électriques indésirables. L'enroulement lui-même peut être conçu de manière à s'adapter sur un crâne humain, mais il peut revêtir n'importe laquelle de tout un éventail de formes actuellement connues
de l'art.
Les systèmes connus présentent plusieurs inconvénients, et notamment la difficulté d'obtenir une modulation quelconque de la sortie sous forme d'impulsions rnagnétiques, une alimentation en tension élevée à variation continue, un condensateur formant réservoir de grande capacité et une grande
puissance de sortie instantanée de l'alimentation en tension élevée.
La présente invention propose un stimulateur amélioré et généralement
plus polyvalent qui permet pallier au moins certains de ces inconvénients.
Résumé de l'invention Un aspect de l'invention concerne l'utilisation d'au moins un condensateur supplémentaire auquel une charge est fournie ou transféré, et à partir duquel une charge est transférée vers un condensateur à décharges qui décharge dans la bobine de stimulation. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, une charge est pompée, sous la commande d'interrupteurs, depuis un condensateur formant réservoir vers un condensateur de transfert intermédiaire qui est utilisé pour compléter la charge au niveau d'un condensateur qui est commandé de manière à se décharger dans la bobine de stimulation. Le transfert de charge entre condensateurs successifs peut être commandé de manière à ce qu'il se fasse en passant par un stockage d'énergie transitoire qui peut être assuré par une bobine ou des bobines
d'inductance.
L'utilisation d'au moins un condensateur supplémentaire permet d'obtenir une augmentation sensible de la cadence des impulsions de
décharge ainsi qu'une variation sensible de leur amplitude.
Un autre aspect de l'invention concerne la récupération commandée d'énergie à partir de la bobine de stimulation et, en particulier, des moyens pour la récupération d'énergie de la bobine de stimulation et son renvoi au condensateur à décharges ou vers un autre condensateur lorsque la circulation de courant depuis le condensateur à décharges vers la bobine de stimulation est interrompue. L'autre condensateur peut être le condensateur de transfert, s'il y en a un, ou bien le condensateur formant réservoir. L'énergie peut être récupérée à partir de la bobine de stimulation par l'intermédiaire de redresseurs
reliés de manière appropriée ou d'une liaison par transformateur.
DescriDtion sommaire des dessins
La figure 1 illustre un mode de réalisation d'un stimulateur magnétique selon l'invention; la figure 2 illustre un second mode de réalisation d'un stimulateur magnétique selon l'invention; les figures 3A à 3D représentent des formes d'onde se rapportant à un condensateur de transfert; les figures 4A à 4C représentent des formes d'ondes se rapportant à un condensateur final ou condensateur à décharges du mode de réalisation représenté sur la figure 1; les figures 5A à 5C représentent des formes d'onde se rapportant à un condensateur à décharges du mode de réalisation représenté sur la figure 2; la figure 6 illustre un autre mode de réalisation de l'invention; la figure 7 illustre une variante du mode de réalisation représenté sur la figure 6; la figure 8 illustre un autre mode de réalisation de l'invention, mode qui ressemble de manière générale au mode de réalisation représenté sur la figure 2; la figure 9 illustre un mode de réalisation qui prévoit la récupération d'énergie et son renvoi vers le condensateur à décharges; la figure 10 illustre un mode de réalisation utilisant une bobine de stimulation formant partie d'un transformateur; et la figure 1 1 illustre un mode de réalisation qui utilise des bobines d'inductance pour commander la décharge d'énergie dans la bobine de
stimulation.
Description détaillée des mode de réalisation Dréférés
Le stimulateur représenté sur la figure 1 est basé sur un condensateur de conservation de charge qui emmagasine une charge électrique qui est transférée, de préférence par l'intermédiaire d'un condensateur intermédiaire ou de 'transfert', vers un autre condensateur, qui est déchargé dans une bobine de stimulation. La bobine produit, en réponse à la décharge de courant à travers elle, un champ magnétique de valeur élevée variant dans le temps qui induit un courant électrique dans le tissu neuromusculaire. La conception de la bobine de stimulation n'est pas généralement pertinente à la présente invention et la bobine n'a pas besoin d'être reliée en permanence au reste du circuit. Selon le mode de réalisation illustré, une alimentation en tension élevée 1, qui peut être de toute construction appropriée et qui peut être variable, est prévue pour charger un premier condensateur 2, appelé ci-après condensateur formant réservoir'. La décharge du condensateur formant réservoir est commandée par un interrupteur en série 3 apte à être commandé, qui, comme tous les autres interrupteurs aptes à être commandés de ce mode de réalisation, peut être un thyristor, mais qui pourrait également être constitué par n'importe interrupteur d'un large éventail d'interrupteurs appropriés. Le thyristor 3 est relié en série à une bobine d'inductance en série 4, qui est reliée à l'armature supérieure d'un condensateur de transfert 5, dont l'armature inférieure est reliée à l'armature inférieure du condensateur 2. Une diode 6 à polarisation inverse est reliée aux bornes du condensateur 5, la diode bloquant le courant dans le sens normal de circulation du courant à
travers l'interrupteur 3 et la bobine d'inductance 4.
L'armature supérieure du condensateur de transfert 5 est reliée, par l'intermédiaire d'un bobine d'inductance 7, aux anodes de deux interrupteurs de type thyristor, 8a et 8d, dont les cathodes sont reliées à des armatures opposées d'un troisième condensateur ou condensateur à décharges 9. La bobine d'inductance 7, comme la bobine d'inductance 4, est un limiteur de
courant qui est capable d'emmagasiner de l'énergie de façon transitoire.
L'armature inférieure du condensateur de transfert 5 est reliée aux cathodes des thyristors 8b et 8c, dont les anodes sont reliées aux armatures supérieure et inférieure, respectivement, du condensateur à décharges 9. L'armature supérieure du condensateur 9 est reliée à l'anode d'un thyristor 10a et à la cathode d'un thyristor 10d, la cathode du thyristor 10a et l'anode du thyristor d étant reliées aux bornes supérieure et inférieure, respectivement, de la bobine de stimulation 11. De manière analogue, I'armature inférieure du condensateur 9 est reliée à l'anode du thyristor lOb et à la cathode du thyristor O10c, la cathode du thyristor 10b et l'anode du thyristor 10c étant reliées aux bornes supérieure et inférieure, respectivement, de la bobine de stimulation 11. Ainsi, les thyristors 10a-10d constituent un pont 10 qui détermine une circulation unidirectionnelle du courant dans la bobine 11, quelle que soit la polarité de la tension aux bornes du condensateur 5. Selon ce mode de réalisation, la borne inférieure de la bobine de stimulation 1 1 est
dotée d'une connexion de masse 12.
On constatera que l'interrupteur de type thyristor 3 et le condensateur 2 constituent des moyens permettant de charger le condensateur de transfert , que les interrupteurs 8b, 8c constituent des moyens permettant de commander le transfert de charge depuis le condensateur de transfert 5 vers le condensateur à décharges 9, et que les interrupteurs 10 constituent des moyens pour commander la décharge du condensateur 9 à travers la bobine de stimulation 11. Le circuit de commande prévu pour les thyristors n'est pas représenté car son principe de fonctionnement ressortira clairement de la
description qui suit.
Le système représenté sur la figure 1 fonctionne, de préférence, de la
manière suivante.
La figure 3A illustre la tension aux bornes du condensateur de transfert, la forme d'onde de tension de la figure 3A étant représentée sur une échelle de temps étendue sur la figure 3B, et sur une échelle encore plus grande sur la figure 3C. La figure 3D représente la circulation du courant dans le condensateur de transfert et, en pointillé, la circulation du courant dans la
diode 6.
La figure 4A représente la tension aux bornes du condensateur à décharges 9, la tension aux bornes du condensateur 9 étant représentée selon une échelle de temps plus grande sur la figure 4B, et la circulation du courant
dans le condensateur à décharges sur la figure 4C.
Initialement, le condensateur formant réservoir 2 serait chargé jusqu'à une tension élevée, par exemple de 3 kV, et le condensateur à décharges 9 serait chargé jusqu'à 1,8 kV, I'armature supérieure étant chargée positivement. Un premier stimulus impulsionnel d'un train d'impulsions à destination de la bobine de stimulation est engendrée en rendant les interrupteurs 10a et i0c conducteurs, en appliquant des signaux de déclenchement aux gâchettes de ces thyristors, de sorte que le condensateur 9 se décharge par l'intermédiaire de la boucle comportant le thyristor 10 Oa, la bobine de stimulation 11 et le thyristor 1 Oc. Le courant de décharge atteint sa valeur de crête (41 sur la figure 4C) au bout d'un quart de la période de résonance de la boucle, typiquement, par exemple, de 40 microsecondes, puis il commence à décroître. Au bout de 80 microsecondes, par exemple, la moitié de la période de résonance, le courant de décharge se sera réduit à zéro. La plupart de l'énergie présente dans la boucle sera renvoyée au condensateur 9. A ce moment, les thyristors 10a et 10c cessent d'être conducteurs. La tension 42 (figure 48) présente au niveau du condensateur à décharges est égale à environ 80% de sa valeur initiale, mais sa polarité est inversée, I'armature
inférieure étant positive.
Il est prévu que les impulsions de stimulation soient espacées les unes des autres d'un intervalle minimal de 10 millisecondes. Pendant le temps de repos, le condensateur 9 reçoit un complément de charge de sorte qu'il soit rechargé jusqu'à une tension sélectionnée, qui peut être la même que la tension initiale (1,8 kV), ou différente de celle-ci. En particulier, le thyristor 3 relié en série avec le condensateur formant réservoir 2 est rendu conducteur, si bien qu'une charge est transféré depuis le condensateur formant réservoir 2 vers le condensateur de transfert. La bobine d'inductance en série 4 est choisie de manière à ce que ce transfert soit terminé en un temps de l'ordre de 75 microsecondes, le courant de crête étant de 130 ampères environ dans un système typique. Une fois la moitié d'un cycle de résonance écoulée, le courant en provenance du condensateur formant réservoir aura chuté jusqu'à zéro, et le thyristor 3 sera rendu non conducteur. La tension présente au niveau du condensateur de transfert 5 sera supérieure, maintenant, à la tension présente au niveau du condensateur formant réservoir en raison de
l'action de pompage de la bobine d'inductance 4.
Ensuite, soit les thyristors 8a et 8c sont rendus conducteurs, soit les thyristors 8b et 8d sont rendus conducteurs, ceci en fonction de la polarité du condensateur 9. Comme signalé plus haut, après la première impulsion, lI'armature inférieure est positive, de sorte que les thyristors 8a et 8c seront rendus conducteurs. Une charge est ainsi transférée du condensateur de transfert 5 vers le condensateur 9 étant donné que le condensateur de transfert 5 a été chargé jusqu'à une tension supérieure à celle du - condensateur à décharges 9. Au moment o la tension présente au niveau du condensateur de transfert 5 aura chuté jusqu'à zéro, sensiblement toute l'énergie qui y était emmagasinée précédemment sera emmagasinée de façon transitoire dans la bobine d'inductance 7. Du courant continue de circuler dans la bobine d'inductance, le condensateur 9 et la diode de fixation de niveau 6 jusqu'à ce que toute l'énergie en provenance du condensateur de transfert ait été transférée au condensateur 9. A cet instant, le courant circulant dans le circuit comportant le condensateur de transfert, la bobine d'inductance 7, le condensateur 9 et les thyristors conducteurs concernés, 8a et 8c, aura chuté
jusqu'à zéro, de sorte que les thyristors 8a et 8c deviennent non conducteurs.
Le cycle de recharge est alors répété en déclenchant le thyristor 3 en série avec le condensateur formant réservoir. Lors du cycle suivant, afin de transférer la charge entre le condensateur de transfert 5 et le condensateur 9,
les thyristors 8b et 8d seront rendus conducteurs.
Dans la pratique, le cycle de complément de charge peut être répété
plusieurs fois.
Une fois le condensateur à décharges 9 rechargé, le stimulus suivant du train de stimuli peut être fourni en déclenchant les interrupteurs 1Ob et 10d de sorte que le sens de circulation de courant dans le chemin du second stimulus soit le même que celui correspondant au premier stimulus, pour lequel les
thyristors 10a et 10c sont rendus conducteurs.
Selon le second mode de réalisation, représenté sur la figure 2, certains éléments sont identiques à ceux du mode de réalisation déjà décrit en référence à la figure 1, et ils sont donc représentés par les mêmes numéros de référence. Ainsi, le condensateur formant réservoir 2 est chargé à partir de l'alimentation en tension élevée 1 et il peut être déchargé au moyen de l'interrupteur commandé 3, par l'intermédiaire de la bobine d'inductance 4, dans le condensateur de transfert 5, à partir duquel une charge peut être transférée vers le condensateur à décharges par l'intermédiaire de la bobine d'inductance 7 lorsque le thyristor 8e est rendu conducteur. Le condensateur à décharges 9 peut être déchargé à travers la bobine de stimulation 11 par l'intermédiaire du thyristor 10e. Une diode de redressement 12 est en
montage tête-bêche avec le thyristor 10 Oe.
La méthode de fonctionnement préférée du mode de réalisation représenté sur la figure 2 est la suivante. La figure 5A représente la forme d'onde de la tension aux bornes du condensateur 9, la figure 5B représente cette forme d'onde sur selon une échelle de temps plus grande, et la figure 5C
représente le courant circulant dans le condensateur 9.
Initialement, le condensateur formant réservoir 2 peut être chargé, par exemple jusqu'à 3 kV, et le condensateur 9 peut être chargé jusqu'à 1,8 kV,
l'armature supérieure étant positive.
Le premier stimulus est fourni en rendant le thyristor 10e conducteur de sorte que le courant de décharge Is commence à circuler dans la bobine de stimulation 11. Le courant atteint une valeur de crête 51 au bout d'un quart, environ, de la période de résonance, puis il commence à décroître. Au bout de la moitié de la période de résonance, 80 microsecondes dans cet exemple, le courant se sera réduit à zéro (le point 52, figure 5C) et la plupart de l'énergie aura été renvoyée au condensateur 9. A cet instant, la diode devient polarisée dans le sens direct, ce qui permet à la seconde partie du cycle de résonance de suivre. Le courant circule dans le sens opposé et, à la fin du cycle, le courant circulant dans le condensateur 9 aura de nouveau chuté jusqu'à zéro (point 53), et la diode 12 est polarisée dans le sens inverse. Plus aucun courant ne peut circuler car l'interrupteur de type thyristor 10e a été rendu non conducteur. La tension 54 (figure 5B) présente au niveau du condensateur 9 est typiquement égale à environ 65% de sa valeur initiale, et elle est de la
polarité initiale.
Les stimuli peuvent être espacés d'un intervalle minimal de 10 millisecondes, par exemple et, au cours de la période comprise entre les impulsions, un complément de charge est fourni au condensateur 9 en rendant conducteur l'interrupteur de type thyristor 3, de sorte que la charge soit transférée du condensateur formant réservoir 2 vers le condensateur de transfert 5. La bobine d'inductance en série est choisie de sorte que la durée du transfert de la charge soit d'environ 75 microsecondes, le courant de crête étant typiquement d'environ 130 ampères. Au bout de la moitié d'un cycle de résonance, ce courant de charge en provenance du condensateur 2 aura chuté jusqu'à zéro et le thyristor 3 deviendra non conducteur. La tension présente au niveau du condensateur de transfert 5 sera maintenant plus élevée que la tension du condensateur formant réservoir en raison de l'action de pompage de la bobine d'inductance. Ensuite, le thyristor 8 est déclenché afin de rendre cet interrupteur de type thyristor conducteur. Ainsi, une charge est transférée depuis le condensateur de transfert 5 au condensateur à décharges 9, étant donné que le condensateur de transfert est chargé jusqu'à une tension supérieure à celle du condensateur à décharges. Au moment o la tension présente au niveau du condensateur de transfert 5 aura chuté jusqu'à zéro, pratiquement toute l'énergie présente dans la boucle comportant les deux condensateurs 5 et 9, la bobine d'inductance 7 et le thyristor 8e est emmagasinée de façon transitoire dans la bobine d'inductance 7. Le courant continue de circuler, en passant par la diode 6, jusqu'à ce que toute l'énergie ait été transférée dans le condensateur 9. A ce moment, le courant aura de nouveau chuté jusqu'à zéro et le thyristor 8e sera devenu non conducteur. Le cycle de recharge est répété en déclenchant l'interrupteur de type thyristor 3 jusqu'à ce qu'une charge suffisante ait été transférée pour compléter la charge du condensateur 9. Là encore, bien que quelques cycles de recharge 55 seulement soient représentés sur la figure 5B, il peut y avoir, dans la pratique,
un plus grand nombre de cycles de recharge, par exemple de vingt.
Lorsque le condensateur à décharges 9 a été rechargé, le stimulus
suivant du train peut être fourni en déclenchant le thyristor 10e.
Le mode de réalisation représenté sur la figure 2 est plus simple que celui qui est représenté sur la figure 1, mais il est moins efficace, et il nécessite deux inversions de tension au lieu d'une seule pour chaque décharge
du condensateur 9.
Les modes de réalisation représentés sur les figures 1 et 2 sont capables, dans la pratique, de produire des trains d'impulsions de longueur variable à l'intérieur de périodes successives P1, P2, etc. (figure 3A) ayant des fréquences de récurrence élevées, par exemple de 100 Hz, et qui peuvent être modulées en amplitude, typiquement suivant un pourcentage d'environ 20%, et/ou modulées en fréquence sans nécessiter la présence de multiples systèmes de décharge en parallèle ou une alimentation en tension élevée variable avec une puissance de sortie instantanée élevée. Par exemple, il faut environ 11 kW pour recharger un condensateur de 70 mF jusqu'à 1,8 kV en microsecondes, tandis que le mode de réalisation préféré pourrait utiliser un
transformateur de 500 VA dans l'unité d'alimentation 1.
La figure 6 illustre un mode de réalisation qui ressemble, de manière générale, à celui de la figure 1, étant donné qu'il comporte un condensateur formant réservoir 2 relié à une alimentation en tension élevée, ainsi qu'un condensateur à décharges 9 qui peut être commandé pour décharger dans la bobine de stimulation 1 1 lorsque l'interrupteur 10 est fermé. Cependant, à la place du condensateur de transfert se trouve une bobine d'inductance de transfert 15, qui a pour fonction d'emmagasiner de l'énergie de façon transitoire pendant le transfert d'énergie entre le condensateur formant
réservoir 2 et le condensateur à décharges 9.
La bobine d'inductance de transfert 15 forme des boucles séparées avec le condensateur 2 et avec le condensateur 9, ces boucles contenant des interrupteurs respectifs 3 et 8. Un redresseur 13 est couplé pour transporter de l'énergie unidirectionnellement depuis la bobine de stimulation de nouveau vers le condensateur formant réservoir 2 en réponse à l'interruption de la
circulation de courant entre le condensateur 9 et la bobine 1 1.
Dans le circuit représenté sur la figure 6, I'alimentation en tension 2 5 élevée fournit de façon continue un courant de charge au condensateur formant réservoir 2, ce qui maintient sa tension à une valeur proche d'une valeur maximale sélectionnée. Le condensateur à décharges 9 est chargé jusqu'à un niveau requis de la manière suivante. L'interrupteur 3 est fermé, ce qui permet au courant la de circuler dans la bobine d'inductance de transfert 15. Lorsque ce courant atteint une valeur prédéterminée quelconque, l'interrupteur 3 est ouvert et l'interrupteur 8 est fermé simultanément, le courant lb circulant dans la bobine d'inductance de transfert 15 chargeant le condensateur 9. L'interrupteur 8 peut être ouvert lorsque le courant circulant dans la boucle concernée a diminué jusqu'à zéro. Une impulsion de stimulation peut être délivrée grâce à la fermeture de l'interrupteur 10. Lorsque le courant Is circulant dans la bobine est proche d'une valeur de crête, I'interrupteur 10 peut être ouvert, ce qui permet à un courant Ir de circuler, en passant par la diode de réaction 13, pour charger le condensateur formant réservoir 2. Ce système permet à la tension du condensateur formant réservoir d'être inférieure à celle du condensateur à décharges et permet de contrôler l'énergie transférée vers le condensateur à décharges 9 pour chaque cycle. En outre, le
condensateur à décharges ne subit pas d'inversion de tension notable.
La figure 7 illustre un mode de réalisation qui fait appel à la fois à un condensateur de transfert 5 et à une bobine d'inductance de transfert entre le condensateur formant réservoir 2 et le condensateur à décharges 9. Dans ce mode de réalisation, la branche contenant la bobine d'inductance de transfert de la figure 7 contient le condensateur de transfert 5 en série avec la bobine d'inductance 15. Des interrupteurs en série à commande unique 3a, 3b sont disposés entre le condensateur formant réservoir 2 et la branche de transfert, et des interrupteurs 8a, 8c sont disposés entre la branche de transfert et le condensateur à décharges. Des extrémités opposées de la bobine de stimulation sont reliées par les diodes de redressement 13a et 13b à des armatures respectives du condensateur formant réservoir 2 de sorte que le courant circulant dans la bobine de stimulation après la fermeture de l'interrupteur de commande de décharge 10 puisse circuler pour charger le condensateur formant réservoir 2 lorsque l'interrupteur 10 est ouvert, comme décrit plus haut en référence à la figure 6. La bobine d'inductance de transfert de la figure 7 peut être bien plus petite que celle qui est requise pour le circuit de la figure 6 parce qu'il agit, pour la plupart, seulement en tant que limiteur de courant. A par cela, le circuit fonctionne d'une façon analogue à celle de la figure 6. Les interrupteurs 3 et 8 ne sont actionnés que lorsque la circulation de courant est égale à zéro et ils peuvent être constitués par des thyristors. La figure 8 représente un mode de réalisation dans lequel le transfert de charge du condensateur formant réservoir 2 au condensateur à décharges 9 ressemble à celui qui a lieu dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2. Une charge peut être pompée, en fermant et rouvrant l'interrupteur 3, vers le condensateur de transfert 5 et une charge peut être pompée depuis le condensateur de transfert 5 jusqu'au condensateur à décharges 9. La boucle de décharge ressemble à celle qui est décrite en référence à la figure 2, le thyristor 10e permettant la décharge du condensateur à décharges 9 dans la bobine de stimulation 11 et la diode 12 permettant une circulation en sens inverse de la charge de nouveau vers le condensateur à décharges en réponse à la cessation de la circulation de courant autour la boucle de décharge, comme décrit plus haut. Ce mode de réalisation, comme les modes de réalisation des figures 1 et 2, peut faire appel à des thyristors pour constituer tous les interrupteurs commandés étant donné que toutes les opérations de commutation peuvent avoir lieu lorsque le
courant respectif est égal à zéro.
La figure 8 peut être modifiée par l'élimination du condensateur 5 et de I'interrupteur 8 représentés en traits mixtes; la bobine d'inductance 15 doit
alors être en série entre l'interrupteur 3 et le condensateur à décharges 9.
La figure 9 illustre un mode de réalisation quelque peu différent, qui peut inclure un condensateur formant réservoir 2 et un condensateur de transfert 5, comme décrit précédemment, mais qui peut être agencé, comme représenté, de telle sorte que le condensateur à décharges 9 soit relié à l'alimentation en tension élevée par l'intermédiaire d'interrupteurs à commande unique 16, 16a qui permettent d'inverser la tension d'alimentation appliquée au condensateur à décharges. Ce dernier est relié à la bobine de stimulation 11 par l'intermédiaire d'un pont redresseur contenant deux redresseurs commandés 17, 17a, et de deux diodes de redressement 18, 18a. Une fois le condensateur 9 chargé jusqu'au niveau d'énergie requis, le redresseur commandé 17 peut être rendu conducteur, de sorte que le courant Il circule dans la bobine 11. Le courant atteint une valeur maximale au bout d'un temps déterminé par la fréquence de résonance de la boucle de décharge comportant le condensateur 9 et la bobine 1 1. Le courant décroît jusqu'à zéro, moment auquel le redresseur commandé 17 peut être rendu non conducteur. La tension présente au niveau du condensateur 9 est maintenant inversée et la décharge suivante nécessite le déclenchement du redresseur commandé 17a, ce qui permet au courant 12 de circuler dans la bobine dans le même sens qu'au cours du cycle précédent. Le condensateur à décharges 9 récupère une partie importante de l'énergie emmagasinée au début d'un cycle et ne nécessite qu'un complément de charge, et non pas un cycle de charge entier, à partir de l'alimentation par l'intermédiaire des interrupteurs bipolaires à deux directions, 16.I 16a, I'actionnement des interrupteurs étant sélectionné de
façon à relier l'alimentation suivant la polarité correcte au condensateur 9.
La figure 10 illustre une variante qui peut utiliser n'importe laquelle des techniques de transfert d'énergie décrites en référence aux figures 1 à 8. Les composants en question, dont l'alimentation en tension élevée et le condensateur formant réservoir, sont omis de la figure 10, ceci dans un souci
de simplicité.
Dans la variante représentée sur la figure 10, une charge est transféréevers le condensateur à décharges 9 au moyen de la fermeture de l'interrupteur 8. La fermeture de l'interrupteur 10 permet la décharge du condensateur 9 dans la bobine de stimulation 11, qui comporte deux enroulements imbriqués, 1 la, 1 1b assurant la fonction de transformateur. Lorsque le courant présente
dans l'enroulement 1 la se trouve à une valeur maximale, ou proche de celle-
ci, I'interrupteur 10 peut être ouvert. La cessation de la circulation de courant dans l'enroulement primaire 1 1la induit la circulation de courant dans l'enroulement secondaire 1 b. Ce courant peut être utilisé pour recharger, par l'intermédiaire de la diode 13, le condensateur à décharges 9 ou le condensateur formant réservoir (s'il en existe un), de sorte que de l'énergie
soit récupérée de la bobine de stimulation.
Tous les modes de réalisation précités comprennent des moyens permettant la récupération d'énergie à partir de la bobine de stimulation et son renvoi vers un condensateur de conservation de charge lorsqu'un interrupteur de commande de décharge prévu entre le condensateur à décharges et la bobine est ouvert ou rendu non conducteur de manière à interrompre la circulation de courant depuis le condensateur à décharges vers la bobine de stimulation. La figure 11 illustre un autre mode de réalisation de l'invention, qui est conçu en tant que variante du circuit représenté soit sur la figure 8, soit sur la figure 9. Dans ce mode de réalisation, au condensateur à décharges 9 peut recevoir des charges, soit directement depuis l'alimentation en énergie, soit indirectement au moyen d'un condensateur formant réservoir, et si l'on le souhaite, un condensateur de transfert, comme décrit plus haut en référence aux figures précédentes. Entre le condensateur à décharges 9 et la bobine de stimulation 11 est un réseau 20 qui peut être constitué, par exemple, soit par un interrupteur à redresseur commandé et une diode de dérivation, comme représenté sur la figure 8, soit par un thyristor et un pont de diodes, comme
représenté sur la figure 9.
De plus, la bobine de stimulation 11 est montée en parallèle avec un réseau en échelle 21 comportant une multiplicité de branches parallèles dont chacune contient une bobine d'inductance 22, 22a... 22n et un interrupteur respectif 23, 23a... 23n. De préférence, les inductances des branches du
réseau en échelle augmentent à raison de puissances de deux.
Initialement, le condensateur à décharges serait chargé jusqu'à un niveau d'énergie plus élevée que celui qui est requis pour une première impulsion d'une série, et toutes les bobines d'inductance 22, 22a, etc. peuvent être commutés en vue d'un raccordement en parallèle avec la bobine de stimulation. Au cours de la première décharge, l'énergie qui était emmagasinée dans le condensateur 9 est répartie entre la bobine de stimulation et le réseau de bobines d'inductance proportionnellement au rapport des valeurs d'inductance respectives. Le cycle de décharge se poursuit comme décrit en référence à la figure 8 ou à la figure 9, et il se termine par le stockage d'énergie récupérée dans le condensateur 9. Etant donné que les composants du circuit ne sont pas parfaits, une partie de l'énergie sera perdue, si bien qu'il y aura moins d'énergie dans le condensateur à la fin du cycle qu'au début. Avant le déclenchement de la seconde impulsion du train, certaines des bobines d'inductance du réseau sont mis hors circuit, de sorte que, lorsque la décharge a lieu, une plus grande proportion de l'énergie du condensateur est dirigée vers la bobine de stimulation. Ce processus est répété pour chaque impulsion du train, de sorte que la valeur des inductances en parallèle avec la bobine de stimulation décroît progressivement et que la même énergie absolue est fournie à la bobine au cours de chaque impulsion du train. Ce circuit ne nécessite pas de 'complément de charge' entre impulsions du condensateur à décharges, ce qui réduit les demandes imposées à la source d'alimentation. Cependant, un circuit de commande des interrupteurs 23, 23a.. 23n doit calculer les modifications des inductances en parallèle appropriées pour différentes bobines de stimulation avec une gamme de
valeurs d'inductance et de pertes d'énergie.
Claims (13)
1. Stimulateur magnétique pour tissu neuromusculaire comportant une bobine de stimulation (11), un condensateur à décharges (9), des moyens (10) pour commander la décharge du condensateur dans la bobine de stimulation (11), un condensateur formant réservoir (2), et des moyens pour pomper une charge depuis le condensateur formant réservoir vers le condensateur à décharges.
2. Stimulateur selon la revendication 1, dans lequel les moyens de pompage comprennent des moyens de commutation (3) pour décharger le condensateur formant réservoir dans un dispositif de stockage d'énergie (5 ou ) et des moyens pour transférer de l'énergie électrique depuis le dispositif
de stockage vers ledit condensateur à décharges.
3. Stimulateur selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de stockage d'énergie comporte une bobine d'inductance (15) disposé dans des boucles respectives comprenant le condensateur formant réservoir et ledit condensateur à décharges, respectivement, chaque boucle comprenant un
commutateur apte à être commandé.
4. Stimulateur selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de stockage d'énergie comprend un condensateur de transfert (5) disposé dans 2 0 des circuits respectifs, comprenant chacun un interrupteur apte à être commandé et comprenant le condensateur formant réservoir et ledit
condensateur à décharges, respectivement.
5. Stimulateur selon la revendication 4, dans lequel chacune desdites boucles comprend une bobine d'inductance capable d'emmagasiner une
quantité d'énergie considérable.
6. Stimulateur selon l'une quelconque des revendications précédentes,
dans lequel la bobine de stimulation (11) est montée en parallèle avec un réseau en échelle (21) ayant une multiplicité de branches dont chacune comprend une bobine d'inductance respective montée en série avec un
interrupteur respectif apte à être commandé.
7. Stimulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et
comportant en outre des moyens pour récupérer de l'énergie de la bobine de stimulation lorsque la circulation de courant du condensateur à décharges à la
bobine de stimulation est interrompue.
8. Stimulateur selon la revendication 7, dans lequel les moyens de récupération comprennent ledit condensateur à décharges (9) qui reçoit de
l'énergie récupérée de la bobine.
9. Stimulateur selon la revendication 7, dans lequel les moyens de récupération comprennent un condensateur qui est en plus dudit condensateur
à décharges.
10. Stimulateur selon la revendication 9, dans lequel ledit condensateur
supplémentaire est ledit condensateur formant réservoir (2).
11. Stimulateur selon la revendication 8, dans lequel lesdits moyens de récupération comportent une connexion unidirectionnelle (12) allant de la
bobine vers le condensateur à décharges.
12. Stimulateur selon la revendication 9, dans lequel lesdits moyens de récupération comportent une connexion unidirectionnelle (13) allant de la
bobine vers ledit condensateur supplémentaire.
13. Stimulateur selon la revendication 7 ou 8, dans lequel lesdits moyens de récupération comportent un transformateur (1 la, 1 1 b) comprenant ladite bobine en tant qu'enroulement primaire et ayant un enroulement secondaire qui est couplé au condensateur à décharges ou au condensateur
supplémentaire.
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| FR2533131A1 (fr) * | 1982-09-21 | 1984-03-23 | Hashimoto Ken | Dispositif therapeutique electromagnetique |
| US4940453A (en) * | 1987-01-28 | 1990-07-10 | Cadwell Industries, Inc. | Method and apparatus for magnetically stimulating neurons |
| US5116304A (en) * | 1987-01-28 | 1992-05-26 | Cadwell Industries, Inc. | Magnetic stimulator with skullcap-shaped coil |
| US5061234A (en) * | 1989-09-25 | 1991-10-29 | Corteks, Inc. | Magnetic neural stimulator for neurophysiology |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9504216D0 (en) | 1995-04-19 |
| DE19607704A1 (de) | 1996-09-05 |
| FR2731157B1 (fr) | 2000-03-10 |
| DE19607704B4 (de) | 2007-11-29 |
| US5766124A (en) | 1998-06-16 |
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