FR2883756A1 - Assistance cardiaque ou coeur artificiel - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'assistance cardiaque par coeur artificiel implanté au même titre qu'un implant esthétique sous-cutané sans aucune sortie extracorporelle et dont le fonctionnement s'effectue depuis l'extérieur du corps par des pressions sur la peau du patient à l'emplacement des «poches ou volumes de pompages. Il est constitué d'une ou de plusieurs «poches» 19 doubles ou volumes de pompages 24 reliées entre elles (cas de plusieurs) ou directement à des valves 22-23 qui assurent la circulation du sang et évite le retour de ce dernier. Ces «poches» 19 ou volumes de pompages 24 implantés sous la peau 10 sont commandées par un dispositif qui vient mettre en compression le volume de pompage 24 par un système électromécanique 29, hydraulique ou pneumatique 25 porté par une ceinture ou plastron 27 qui positionne parfaitement par des dispositifs de centrage 41-42 en vis à vis des volumes de pompage le mécanisme de compression.Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la réalisation de coeur artificiel entièrement autonome.

Description

La présente invention permet de subvenir aux fonctions du coeur à l'aide

d'un dispositif implanté faisant office de coeur artificiel mais actionné depuis l'extérieur du corps et cela sans aucune sortie extracorporelle d'aucun dispositif mécanique ou électrique que ce soit. I) es coeurs artificiels avec des appareillages externes au corps humain existent. D'autres totalement internes se heurtèrent aux problèmes d'énergie.

Le coeur bien qu'étant un élément complexe est un des organes du corps humain qui peut être techniquement réalisé artificiellement. Bien qu'elle ne puisse être qu'un pis-aller en comparaison avec un coeur biologique, l'implantation d'un coeur artificiel relié à une batterie électrique interne comme externe permet d'assurer la survie de patients mais trouve rapidement ses limites. Dans un premier cas pour des problèmes de recharge, et, dans le second, pour des problèmes de liaison extracorporelle qu'elle implique. L'idéal étant de pouvoir commander les actions d'un coeur artificiel implanté depuis l'extérieur du corps; sans aucune liaison impliquant une quelconque traversée d'une quelconque partie du corps humain. Outre le fait de phénomènes de rejets propres à toute implantation d'un corps étranger, il reste un immense problème à résoudre c'est celui de la fourniture de l'énergie nécessaire à son fonctionnement. Le coeur est de fait une pompe à double corps équipée d'un système de clapets adéquats . On sait aujourd'hui remplacer les valvules cardiaques par des dispositifs mécaniques qui ne posent pratiquement que peu de problèmes de rejet, et dont le fonctionnement est parfaitement maîtrisé. Il en va tout autrement de l'alimentation électrique ou mécanique d'un coeur artificiel. Qu'il soit interne et pratiquement autonome, l'emploi d'une batterie pose le problème de recharge même si des dispositifs par induction externes peuvent être envisagés pour une faible capacité énergétique. A ce jour l'alimentation d'un tel dispositif électromécanique est toujours en quête d'une solution. Hormis les pacemakers qui ne nécessitent qu'une source relativement modeste d'énergie et qui en cas d'insuffisance énergétique ne mettent que rarement la vie du patient en danger. Ce qui ne serait pas le cas d'un arrêt de fonctionnement d'un coeur artificiel implanté, d'accès imposant des règles strictes d'intervention et demandant un délai minimum, pas toujours compatible avec la survie du patient.

Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il n'est plus constitué d'une pompe mécanique mue par un dispositif relié à l'extérieur du corps à une machinerie complexe ou mue par un moteur électrique dont l'alimentation dépendrait d'un dispositif extérieur, et de ce fait imposerait une "sortie" hors du corps.

Le dispositif selon l'invention est totalement interne au corps humain. Il ne comporte aucun mécanisme mécanique ou électromécanique hormis les valvules comme celles déjà couramment implantées et servant à régir la circulation sanguine. L'action du dispositif de pompage s'effectue par pression sur la peau du patient à l'aplomb de ou des "poches" (par analogie aux poches de sang) ou volumes de pompages implantées.

Pressions suivant le rythme cardiaque nécessaire et suivant l'effort, luimême lié au cycle respiratoire tributaire de l'effort physique. On retrouve ce principe dans le massage cardiaque de premiers secours en attente de la prise en mains par un médecin urgentiste.

Le massage cardiaque ayant pour effet de permettre un léger pompage par compression du coeur et de ce fait rétablir ou aider une circulation de sang minimum pour maintenir en vie.

Le dispositif de "coeur artificiel" ou dispositif de pompage se substituant au coeur biologique reprend le principe de l'implantation de la prothèse mammaire chez la femme. Qu'il s'agisse d'une prothèse médicalement imposée, après ablation à la suite d'une maladie, ou d'une prothèse implantée pour des raisons purement esthétiques. On trouve d'ailleurs chez l'homme, à des fins esthétiques, des implants donnant l'illusion d'un meilleur développement musculaire pectoral ou autre...

La compression du coeur à pleine main lorsque la poitrine est ouverte est un acte qui montre oh combien l'homme, lui même, pourrait si on pouvait lui donner son coeur dans les mains, subvenir à un non fonctionnement physiologique par simple compression de celui-ci suivant un cycle rythmique défini. De fait, ces "poches" ou volumes de pompage vont être implantés et servir comme une vulgaire poire à aspirer et refouler le sang. Des "clapets" ou valvules plus communément appelées valves empêchent tout retour du sang, comme dans une fonction cardiaque normale. Le dispositif peut être implanté au même titre qu'une implantation d'ordre esthétique entre la couche graisseuse sous-cutanée et le muscle grand pectoral, ou tout autre muscle. Il est bien évident que d'autre parties du corps humain peuvent se prêter à cette implantation mais dans tous les cas il est nécessaire de tenir compte des liaisons qui restent nécessaires entre l'organe de "pompage" et le système veineux ou aortique pour l'acheminement du sang. Le sang est acheminé au niveau de l'emplacement du coeur ou les valvules de "distribution" sont implantées. Toutefois elles pourraient l'être directement au niveau des "poches ou volumes de pompage, soit à l'extérieur de la cage thoracique et incorporées audit dispositif. Une double "poches", voir deux doubles ou plusieurs peuvent être implantées pour des questions de sécurité. Comme un implant mammaire il faut attendre une totale guérison de l'action chirurgicale. Toute manipulation mécanique voir manuelle serait douloureuse même si la pression exercée sur cette zone par le dispositif approprié de pompage est relativement faible. Il est donc nécessaire dans l'attente, par une dérivation du flux sanguin de raccorder celui-ci à une pompe identique, mais extérieure au corps, ce qui implique une hospitalisation du patient avant de le rendre autonome. Il est bien entendu, comme pour une intervention cardiaque avec greffe d'un coeur de placer le patient en situation d'attente de sa propre autonomie par les moyens traditionnels que la chirurgie connaît et pratique. Par la suite une "ceinture" ou un plastron maintient le dispositif reliée à une alimentation électrique qui viendra comprimer les "poches" ou volumes de pompage. Cette alimentation électrique sera entièrement autonome pour l'autonomie du patient, avec la possibilité de raccordement sur secteur au domicile. Enfin, et afin d'assurer une plus grande autonomie électrique un dispositif hydropneumatique reliant le dispositif d'assistance de pompage à un second dispositif disposé lui sous la plante des pieds, dans les chaussures du patient vient en relais du dispositif électrique lorsque le patient marche. Un calculateur électronique assure la gestion de l'ensemble des deux dispositifs. Les liaisons par tuyaux souples étant fixées le long des jambes et dissimulées sous un survêtement. Du fait de la surface totale des "poches" qui peuvent être de plusieurs dizaines, voir centaines de cm2 quelques millimètres de compression suffisent à un débit sanguin de 70 ml par pulsion. Le rythme des pulsions cardiaques de 60 à plus de 100, et plus, est géré par un capteur électronique qui régule la fréquence des pulsations et mesure également le rythme respiratoire, lui aussi fonction de l'effort et imposant de ce fait un renouvellement sanguin plus important pour une bonne oxygénation. Ce dispositif permettrait même en cas de grave problème de pouvoir être actionné manuellement par un tiers, ou par le patient lui même après avoir enlevé la ceinture de pulsations mécaniques. Option impossible dans tous les dispositifs internes au corps humain. L'emploi de deux "poches" ou plus, ou volumes de pompage permet au patient, lors de la toilette, par un dispositif approprié, de supprimer momentanément et alternativement un élément de pompage sans pour autant prendre de risque d'arrêt de la circulation du sang.

Le dispositif est particulièrement intéressant dans l'attente de la greffe d'un coeur humain provenant d'un donneur. Il permet également de rendre un patient totalement autonome en attente d'un coeur artificiel autonome implantable. Ce dispositif de conception technique relativement simple, et dont la diffusion pourrait en abaisser le coût, hormis sur le plan de l'acte chirurgical, est avant tout destiné à sauver des vies humaines lorsque tout espoir de survie disparaît.

Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente un coeur avec: 1 l'aorte, 2 l'artère pulmonaire.

La figure 2 représente un coeur en coupe avec la partie droite à gauche et la partie gauche à droite dans lequel on a: 1 l'aorte ou crosse aortique, en 2 l'artère pulmonaire, 3 les oreillettes gauche et droite, 4 les ventricules gauche et droit, 5 les 2 valvules sigmoïdes, 6 la valvule tricuspide, 7 la valvule mitrale, 8 la veine cave inférieure, 9 la veine cave supérieure.

La figure 3 montre la coupe d'un sein dans laquelle 10 représente la peau, 11 la couche de graisse sous-cutanée, 12 les glandes mammaires produisant le lait, 13 les canaux galactophores, 14 le muscle grand pectoral.

La figure 4 représente le corps humain au niveau musculaire et des cotes thoraciques vue en i/2 partie, dans laquelle: 14 représente l'emplacement du muscle grand pectoral, 15 des cotes, 16 muscle grand dentelé, 17 muscle grand oblique, 18 muscle grand droit de l'abdomen. Muscles sur lesquels une implantation est réalisable.

La figure 5 représente le type d'emplacements des poches ou volumes de pompage ici représentés en pointillés noirs sur fond blanc sous un plastron ou ceinture de maintient pour une femme.

La figure 6 est identique à la figure 5 à la différence que le dispositif est ici appliqué à un homme.

La figure 7 est une vue d'une poche ou volume de pompage 19 double (A et B) dans lesquelles le sang pénètre et est éjecté par les tuyaux 21 chacun de ces orifices étant équipé de valves anti-retour 22 et 23. La partie hachurée 20 représente la zone mise en compression pour le pompage du sang. Compression de la poche (A) qui chasse le sang par le tuyau 21 et la valve 23 qui va par le circuit vasculaire remplir la poche (B) par le tuyau 21 et la valve 22 qui sera à son tour comprimée et dont le cycle permettra tantôt de remplir (A), tantôt (B) et vice-versa La figure 8 représente la coupe de la poche 19 ou volume de pompage 24 suivant la coupe a-a dans laquelle on peut voir que ladite poche 19 se trouve implantée entre la peau et les muscles 14-16-17-18 soit grand pectoral, grand dentelé, grand oblique ou grand droit de l'abdomen car placée sous les muscles entre ces derniers et les cotes elle subirait des pressions indésirables lors de l'activation de ces muscles. Deux tuyaux souples 21 relient les poches 19 ou volumes de pompages 24 aux différentes valves lorsqu'elles sont implantées dans la cage thoracique. Une ceinture 27 comprenant une partie renforcée 26 est équipée d'une sorte d'airbag 25 La figure 9 reprend tous les éléments de la figure 8 et donne la position de l'airbag 25 gonflé venant comprimer la poche 19 et son volume de pompage 24 permettant de la sorte de chasser le volume de sang qui s'y trouvait par un des tuyau souple 21. La figure 10 représente un même type de dispositif dans lequel l'airbag est remplacé par un dispositif mécanique 29 intercalé entre la ceinture 27 et le renfort 26 afin, par une action mécanique de venir comprimer le volume de pompage 24.

La figure 11 représente l'action du dispositif mécanique 29 qui déplace d'une valeur (x) la partie renforcée 26 venant de la sorte comprimer le volume de pompage 24. La figure 12 représente la variation du volume de pompage 24 dont les parois de l'enveloppe passent de la cote (y) à la cote (z) et se limitant toujours à la cote (w) afin d'éviter tout risque de collage des parois 19 entre elles.

La figure 13 représente un équipement comportant des poches 19 ou volumes de pompages 24 maintenus par un plastron et une ceinture 27 permettant au patient lors de ses déplacements de prendre le relais du dispositif de compression, en actionnant lui même par ces propres pas le dispositif à l'aide de coussinets 32 disposés dans ses chaussures permettant à l'aide de tuyaux souples 31 par l'intermédiaire d'un dispositif électronique de contrôle 33 de se substituer au dispositif: purement électromécanique ou qu'il soit pneumatique ou hydraulique, et de ce fait limiter la consommation électrique. La fig 14 est un schéma synoptique du dispositif électronique de gestion d'un dispositif de poches 19 ou volumes de pompages 24 pour lequel un dispositif de contrôle des pulsations cardiaques et son électronique associée 34 vérifie en permanence le rythme cardiovasculaire, conjointement au rythme respiratoire, contrôlé par le capteur 35. Un troisième capteur et son électronique associée 36 contrôle le rythme et la fréquence des pas du patient lorsque ce dernier marche, ralentit, accélère voir s'arrête. L'ensemble des capteurs 34-35-36 est connecté à des discriminateurs qui permettent d'analyser les écarts par rapport à des valeurs de références mises en mémoire à l'aide de microcontrôleurs du type EPROM ou EEPROM ou autre, de telle manière qu'un régulateur 37 commandera in fine l'alimentation électrique en puissance et en durée depuis l'accumulateur 39 via le dispositif électromécanique 40, de quelque type qu'il soit.

En référence à ces dessins le dispositif d'assistance cardiaque implanté à pour but de reprendre les fonctions du coeur. comme on peut le voir: Planche 1/7 FIG 2 le coeur est à l'évidence l'équivalent d'une pompe. La pose de prothèses mammaires est devenue une opération courante ne présentant pas de risque majeur tout au moins à moyen terme. D'autres dispositif implantés existent ne serait-ce que les pacemakers pour ne citer que les plus connus du public. Or le corps offre de nombreuses zones ou il est possible implanter le dispositif de coeur artificiel constitué de poches 19 ou volumes de pompages. Les différentes valvules sigmoïdes 5, tricuspide 6 ou mitrale 7 peuvent bien entendu être disposées en lieu et place de l'organe biologique, le coeur, ce qui permet un raccourci pour le raccordement au artères et veines.

Planche 2/7 la FIG 3 nous montre qu'il serait très aisé de placer une poche 19 ou volume de pompage 24 en lieu et place des organes mammaires 12-13 mais le but n'est pas de détruire une fonction pour la remplacer par une autre. De fait la FIG 4 de la même planche indique quelques points, hors des membres où ces poches peuvent être aisément implantées.

Planche 3/7 la FIG 5 Indique quelques zones ou les poches 19 ou volumes de pompage 24 peuvent être implanté sans nuire à la fonction des seins d'une femme. La FIG 6 donne pour l'homme les points d'implantation toujours hors membres puisque rien n'empêche d'implanter dans ces derniers. Le seul handicap étant la longueur de tuyaux nécessaire pour relier ces dispositifs à l'emplacement du coeur.

La planche 4/7 représente une double poche 19 (A) (B) et les zones de compressions 20. FIG 7 représentation en plan d'une double poche 19 avec ses conduits de liaison 21 aux valvules assurant l'aspiration et le refoulement 22 et 23. La zone grisée 20 délimite la zone de compression maximum de la poche 19. Les poches sont comprimées alternativement expl: (A) puis (B). Lorsqu'une poche expl: (A) se vide par la pression exercées sur la zone 20 le sang s'évacue par la valve 23 et par la valve 22 viendra remplir la poche (B) qui à son tour sera vidée par compression sur sa zone 20 et vice-versa. Des balises magnétiques 41 permettent de disposer l'équipement de compression en parfait vis à vis des la poche 19.

FIG 8: Vue suivant la coupe a-a de la poche 19 implantée au-dessus d'un muscle, qui peut être le grand pectoral 14 par exemple. La poche 19 ou volume de pompage 24 se trouve implanté dans le tissus 28 compris entre la peau et le muscle expl:14. Un volume gonflable du type Airbag 25 est maintenu en compression sur la surface de la peau (à l'absolue verticalité de la poche 19 grâce à des balises magnétiques 41 et des détecteurs de positionnement 42) par une sangle 27, un plastron ou baudrier, voir une combinaison de ces éléments. Une pièce rigide 26 assure la parfaite compression de la peau lors du gonflage de l'airbag 25. Les conduits 21 traversant le muscle expl 14, ainsi que la cage thoracique assurent la liaison avec les valvules et la circulation du sang.

FIG 9 Identique à la FIG 8 à la différence que l'airbag 25 est gonflé et comprime le volume de pompage 24 de la poche 19 refoulant le sang par le conduit 21 dont la valvule en bout de chaîne autorise le passage du sang contrairement à l'autre conduit 21 dont le passage se trouve fermé.

Planche 5/7 la FIG 10 et 11 représentent tout comme sur les figures de la planche 4/7 une poche 19 et son volume de pompage 24 de surface plus grande et dont la compression pour déplacer 70 ml de sang ne représente plus que quelque millimètres: (exemple 250 cm2 = à 2,8mm de compression). Bien entendu cette surface peut être constituée par plusieurs 4 à 6 voir 8 petites poches 19 ou volumes pompes 24 doubles. Ces mini poches 19 étant réunies entre elles par une conduite souple. Seule les extrémités 21 étant raccordées aux valvules. Le dispositif de mise en compression est dans ici constitué par un système électromécanique 29 qui va mettre la partie rigide 26 en pression sur la zone de compression du volume 24. La FIG 12 matérialise le déplacement de l'enveloppe de la poche 19 du volume de pompage 24 qui passe de la cote Y à la cote Z mais en aucun cas l'enveloppe de la poche 19 ne peut descendre en dessous de la cote W afin d'éviter tout risque de collage entre les deux parois de l'enveloppe de la poche 19.

Planche 6/7, FIG 13: Afin de limiter autant que faire se peut la consommation d'énergie électrique fournie par une batterie d'accumulateurs le dispositif 19- porté par le patient pourra être auto- alimenté par le déplacement de ce dernier en comprimant des volumes de compression 32 disposés dans ses chaussures et dont le fluide liquide ou gazeux circulant par les tuyaux souples 31 le long des jambes pourra par l'intermédiaire d'un dispositif électronique 33 prendre le relais de la batterie d'accumulateur. Un simple piétinement permet en fait de prendre le relais de l'alimentation. Bien entendu le rythme de la compression doit être pris en charge par le dispositif électronique 33.

Planche 7/7, FIG 14: Cette figure représente un schéma synoptique de la régulation électronique du dispositif d'un ensemble de coeur artificiel composé de poches 19 ou volumes de pompages 24 dont le rythme cardiaque est contrôlé par un capteur cardio-pulsomètre et son électronique associée 34, de même un autre capteur et son électronique associée 35 contrôle le rythme respiratoire dont l'incidence est directement liée au rythme cardiovasculaire donc au rythme cardiaque, enfin un troisième capteur et son électronique associée va contrôler le rythme de la marche ou de l'arrêt du patient. Cet ensemble de capteurs est relié à des discriminateurs qui permettent par rapport à des valeurs de référence mis en mémoire (par des microcontrôleurs de type EPROM, EEPROM, ou autres) d'ajuster par l'intermédiaire du régulateur 37 l'alimentation fournie par l'accumulateur 39 et le fonctionnement du dispositif électromécanique, hydraulique ou pneumatique de pompage 40 qui assure la compression des volumes pompes 24 des poches 19 destinées à assurer 1 circulation sanguine.

Le dispositif est particulièrement destiné à remplacer le coeur biologique d'un patient par un coeur artificiel sans avoir recours à une sortie extracorporelle de quelque 20 dispositif que ce soit.

Claims (1)

1. 9 REVENDICATIONS

   1/ Dispositif d'assistance cardiaque ou coeur artificiel permettant de se substituer aux fonctions du coeur biologique lorsque celui-ci n'est plus en mesure de remplir sa fonction, caractérisé en ce qu'il peut être implanté dans le corps humain sans nécessiter de sortie extracorporelle et qu'il comprend des éléments pompes qui sont constitués de poches 19 et volumes de pompages 24 implantés sous la peau du patient au même titre que des prothèses de chirurgie esthétique et actionnées par des dispositifs appropriés qui peuvent être à action hydraulique, pneumatique du type Airbag 25 ou mécanique 29 maintenus sur le corps du patient par une sangle ou plastron 27 en parfait vis à vis des poches 19, grâce à des capteurs 41-42, implantés de telle manière qu'au travers de la peau la pression crée par les dispositifs 25 ou 29 vienne comprimer les poches 19 afin de chasser le sang des volumes pompes 24 par des tuyaux souples 21 et des valves 22-23 dans le circuit vasculaire.

   2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif est constitué d'une double poches 19 (A) - (B) ou de plusieurs identiques reliées entre elles et dont les volumes de pompages 24 par l'intermédiaires de tuyaux souples 21 sont raccordés au circuit vasculaire par l'intermédiaire des valves 22 et 23 de telle manière que lorsque l'on comprime la partie (A) de la poche 19 et son volume de pompage 24 le sang sous l'effet de la pression vienne remplir, en plus du circuit vasculaire normal, la seconde partie de la poche (B) qui sera à son tour comprimée et vice-versa.

   3/ Dispositif selon les revendication 1 et 2 caractérisé en ce que le dispositif de compression externe au corps du patient peut être tant à action mécanique 29, pneumatique, qu'hydraulique 25 commandé depuis une centrale 33 qui gère la fonction et dispose de la source énergétique nécessaire.

   4/ Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que: indifféremment des dispositifs 29 et 25 l'enveloppe des poches 19 et volumes de pompages 24, lors de leur compression ne doivent en aucun cas être comprimées au delà d'une valeur (w) afin d'éviter tout risque de collage de l'enveloppe des poches 19.

   5/ Dispositif selon une quelconque des revendications 1-2-3 caractérisé en ce que les dispositifs de compression, externes au corps du patient 2925,sont reliés à un dispositif à compression 32, disposé dans les chaussures du patient et lui même relié à la centrale électronique 33 par des tuyaux souples 31, qui prend le relais de la batterie électrique 39, et qui permet sur un plan purement énergétique l'actionnement directement par le patient lors de ses déplacements des dispositifs de compression externes (29-25) et de ce fait limite la consommation électrique permettant une autonomie plus grande.

   6/ Dispositif selon une quelconque des revendications précédente caractérisé en ce que les dispositifs de compression des poches 19 ou volumes de pompages 24 ainsi que le dispositif d'assistance à l'autonomie énergétique 32- 31 activé par le patient est géré par un régulateur 37 regroupé dans la centrale énergétique 33 avec les divers circuits électroniques de contrôle de même que la batterie 39.

   7/ Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le régulateur 37 comprend des capteurs adéquats 34-35-36 et un ensemble de discriminateurs 38 qui délivreront des ordres, en plus ou en moins, en temps comme en valeur d'impulsion, en comparaison des valeurs provenant des différents capteurs et des valeurs de référence mises en mémoires dans des microcontrôleurs de type EPROM - EEPROM ou autre, et qui gère l'alimentation énergétique depuis la batterie 39 tant en puissance qu'en cycle de fonctionnement via les divers dispositifs pour une commande électromécanique 29 hydraulique ou pneumatique 25 des organes pompes 19 et 24 en fonction de différents seuils mémorisés tels que pulsation cardiaque, rythme respiratoire, cadence des pas du patient lorsque ce dernier marche ou simplement piétine à l'arrêt, voir s'arrête.