FR3106037A1 - Survêtement multi électrodes de stimulation musculaire - Google Patents

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Abstract

Titre : Survêtement apte à stimuler au moins un muscle d’un être humain. L’invention concerne un survêtement (1) non tissé apte à stimuler au moins un muscle (2) d’un être humain, ledit survêtement (1) comprenant : - plusieurs électrodes (3) polymériques présentant une conductivité électrique comprise entre 10 S/m et 5.107 S/m, chacune desdites électrodes (3) étant susceptible d’être reliée à un dispositif de stimulation musculaire, et - plusieurs zones fonctionnelles différenciées définies par un module d’élasticité de Young compris entre 0.001 et 5 GPa. Figure pour l’abrégé : Fig 1.

Description

Survêtement multi électrodes de stimulation musculaire
La présente invention concerne un survêtement polymérique non tissé multi électrodes de stimulation musculaire, réalisé par fabrication additive.
La stimulation musculaire électrique (généralement désignée par l’acronyme EMS), ou électromyostimulation, est le déclenchement de la contraction des muscles en utilisant des impulsions électriques.
Les impulsions sont générées par un appareil et délivrées au moyen d'électrodes sur la peau à proximité immédiate des muscles à stimuler. Les gilets et les bandeaux généralement en tissu qui supportent les électrodes, ne viennent pas en contact direct avec la peau des utilisateurs. Un sous-vêtement en tissu élastique comprenant du coton et un élasthanne, qui épouse parfaitement le corps de l’utilisateur, peut être utilisé comme intermédiaire, notamment pour assurer une parfaite hygiène personnelle.
Les impulsions imitent les influx nerveux venant du système nerveux central, provoquant la contraction des muscles. Les électrodes sont généralement des compositions multi-couches en tissus conducteurs, ou plaquettes conductrices, qui adhèrent ou non à la peau.
L'EMS est à la fois une forme d'électrothérapie et d'entraînement musculaire.
Cette technique est utilisée principalement pour la rééducation musculaire par les kinésithérapeutes, mais aussi comme technique complémentaire pour la formation sportive de performance, ou pratiquée par les particuliers, sportifs ou non, dans des studios de fitness.
Le principe de la stimulation des muscles par des impulsions électriques est connu depuis l’antiquité. Voici une courte chronologie des événements qui ont marqué l’histoire plus récente de l’électromyostimulation.
  • 1740 : « Utilisation de l‘électricité dans la science médicale » par Kratzenstein, ainsi que d‘autres travaux dans le cadre de la thérapie physique par Jallabert et Franklin.
  • 1780 : tests sur des cuisses de grenouille par Luigi Galvani, qui a apporté la preuve de l‘excitabilité musculaire par électrostimulation.
  • Premiers générateurs de puissance mécanique du 19ème siècle pour stimuler deszones musculaires locales (par Faraday et Duchenne).
  • Début du 20ème siècle : les lois fondamentales et la définition d‘une terminologie de l‘électrostimulation ont été posées par Gildenmeister et Lapique.
  • 1939 : des tests sur des mammifères ont permis d‘atteindre une puissance de contraction musculaire sensiblementplus élevée à l’aided‘EMS qu‘avec descontractionsvolontaires.
  • 1960 : développement de la stimulation électrique fonctionnelle (FES) et TENS (neurostimulation électrique transcutanée,Théorie du Gate Control), utilisée avec beaucoup de succès depuis en milieux thérapeutique et sportif.
  • 1971 : gains de force maximale chez les athlètes russes « Méthode russe » de 30-40% (Kots et al.).
  • Années 1970 : commercialisation des ceintures abdominales comme Slendertone.
  • Fin des années 1990 : utilisation croissante de petits appareils d‘EMS (Compex en particulier) dans le sport.
  • Années 2000 : invention du Full Body EMS ou de l’EMS intégrale en Allemagne (par MihaBodytec), c’est à dire l’application de l’EMS sur la quasi-totalité de la musculature squelettique, associée à une contraction musculaire volontaire.
Les équipements pour l’EMS intégrale, qui est aujourd’hui une des plus performantes technologies d’électomyostimulation, ont été décrits dans de nombreuses références brevets déposés notamment ces dernières années.
La demande de brevet WO2018184728 décrit un vêtement de stimulation musculaire électrique tel que par exemple un gilet ou une ceinture qui présentent des sections plates textiles ainsi que des électrodes alimentées depuis une unité de génération des stimulations EMS. Les électrodes sont disposées à chaque fois sur une des sections plates textiles et conçues sous forme d’un patch ou d’une section structurale textile pourvue d’une couche électriquement conductrice de manière telle qu’elles se placent d’une façon souple sur la corps humain. Dans cette référence brevet, le vêtement EMS présente au moins deux sections plates textiles qui sont reliées par une section de dilatation élastique.
La demande de brevet EP3338573 décrit quant à elle un procédé de fabrication d’un vêtement de sport pour l’EMS. L’objet de cette demande de brevet concerne en particulier un procédé de fabrication qui comprend les étapes suivantes: confection de tissus, fixation sur le tissu d'électrodes bien ajustées, et fixation des fils électriques dans le tissu afin de relier le générateur de stimulations aux électrodes. Le vêtement de cette demande de brevet est composé d’une partie centrale pour revêtir le tronc, des manches et se prolonge sur les cuisses.
La demande de brevet WO2019043147 décrit un tissu pour un vêtement utilisé pour une activité d’EMS. Son objet concerne un système où les électrodes sont configurées pour une électromyographie multicanale (désignée généralement par l’acronyme EMG) et des impulsions EMS multicanaux, un système de commande EMG conçu pour collecter des données EMG dans le réseau d'électrodes, un système de commande EMS conçu pour le contrôle des impulsions EMS dans le réseau d'électrodes pour reproduire l’activité musculaire.
Ainsi, comme la pratique réelle dans les studios d’électromyostimulation le prouve, les vêtements de stimulation musculaire actuellement utilisés comprennent généralement une partie en tissu et des électrodes constituées de plusieurs couches, conductrices et isolantes, superposées, afin de stimuler une dizaine de groupes musculaires. Ces électrodes présentent des surfaces importantes et sont généralement cousues sur le vêtement à vêtir par l’utilisateur. Il est à noter également que pour utiliser ce type de vêtement actuel, il est nécessaire d’humidifier les électrodes pour notamment assurer une conductivité électrique suffisante entre celle-ci et un muscle à stimuler.
Ces vêtements présentent par ailleurs de nombreux inconvénients. En particulier, ils ne sont pas ajustables en fonction de la morphologie d’un utilisateur afin de s’assurer que l’impulsion électrique est localisée avec précision dans le but d’avoir une stimulation optimale du muscle. Par ailleurs, la surface des électrodes de ces vêtements étant souvent trop importante, la stimulation n’est pas homogène sur l’ensemble de l’électrode, ce qui implique des variations d’intensité de stimulation dans une zone d’interaction entre l’électrode et le muscle. Etant donné la constitution en plusieurs couches de ces électrodes et qu’elles soient cousues sur le vêtement, le lavage de tels vêtements nécessite d’être précautionneux. En effet, lors des lavages répétitifs de ces vêtements, on détériore les électrodes et on diminue ainsi leur efficacité et notamment leur conductivité électrique.
Il existe donc un réel besoin de proposer un survêtement de stimulation musculaire qui ne nécessite pas un lavage fréquent, qui soit biocide, et comprenant des électrodes aptes à assurer une stimulation précise des muscles souhaités, tout en tenant compte de la morphologie de l’utilisateur.
L’objet de la présente invention remédie aux inconvénients, obstacles et problèmes précités, en proposant un survêtement apte à stimuler au moins un muscle d’un être humain, le survêtement comprenant:
- plusieurs électrodes polymériques présentant une conductivité électrique comprise entre 10 S/m et 5.107S/m, chacune desdites électrodes étant susceptible d’être reliée à un dispositif de stimulation musculaire, et
- plusieurs zones fonctionnelles différenciées définies par un module d’élasticité de Young compris entre 0.001 et 5 GPa.
Il est à noter que chacune desdites électrodes peuvent être reliées au dispositif de stimulation par tout type de câble ou par des connexions sans fils.
De préférence le survêtement est réalisé d’au moins un matériau polymère ayant des propriétés d’élasticité différentes par zones fonctionnelles différenciées, en fonction de la morphologie de l’utilisateur et pour assurer d’une part la fixation facile des électrodes et d’autre part un contact parfait entre celles-ci et le corps humain.
Le survêtement peut en outre comprendre une fermeture intégrée, de préférence sur le devant du survêtement, pour faciliter davantage son installation sur l’être humain. Par exemple, cette fermeture peut comprendre un bouton, une fermeture éclair, un scratch, ou tout autre moyen connu par l’homme de métier. Par ailleurs, le survêtement peut en outre contenir des capteurs pour analyser différents paramètres du corps humain: température, pouls, pression artérielle, fréquence cardiaque, saturation en oxygène, etc.
Par survêtement, au sens de la présente invention, on entend toute pièce qui sert de support aux électrodes tout en assurant un contact parfait entre celles-ci et au moins un sous-vêtement tissé directement en contact avec la peau d’un être humain.
De préférence, les électrodes peuvent être disposées selon un motif prédéfini. Le motif prédéfini peut être adapté en fonction du ou des muscles que l’on souhaite stimuler et en fonction de la morphologie de l’utilisateur pour favoriser des stimulations simultanées, précises et localisées.
De préférence, les électrodes peuvent présenter une forme sensiblement ronde et présentant un diamètre compris entre 10 et 50 mm. Avec un tel diamètre, la stimulation est davantage précise et localisée.
De préférence, les électrodes peuvent être comprises dans des zones fonctionnelles différenciées définies par un module d’élasticité de Young compris entre 1 et 5 GPa et les zones fonctionnelles différenciées exemptes d’électrodes sont définies par un module d’élasticité de Young compris entre 0.001 et 1 GPa.
De préférence, la composition conductrice peut comprendre au moins un polymère intrinsèquement conducteur ou au moins un mélange comprenant un polymère non conducteur et des charges conductrices, les charges conductrices étant présentes dans le mélange à une proportion massique comprise entre 30 % et 90 % par rapport au poids total du mélange.
Il est à noter que le polymère intrinsèquement conducteur peut être une résine thermoplastique, ou thermodurcissable et par exemple un polyacétylène, un polypyrrole, un polyaniline préférentiellement dopée, ou encore un composite comprenant un mélange de polyaniline et du polyurethane.
Par exemple, les charges conductrices peuvent comprendre des particules ou fibres métalliques, du graphite, du graphène, des nanotubes de carbone, ou un mélange de ces éléments.
Il est à noter que le polymère non conducteur peut être une résine thermoplastique ou thermodurcissable non conductrice ou un élastomère de type caoutchouc ou silicone ou des élastomères spéciaux.
Il est à noter que la composition du mélange précité peut être choisie en fonction de la conductivité électrique souhaitée. Ainsi, il est possible d’adapter la conductivité électrique de l’électrode en fonction de la source électrique auquel elle sera connectée pour permettre la stimulation.
La présente invention a encore pour objet, le procédé de fabrication du survêtement cité précédemment. Ce procédé de fabrication comprend les étapes suivantes:
  1. réalisation d’un scanner d’un corps d’un utilisateur pour obtenir une image représentative de la morphologie de l’utilisateur,
  2. réalisation d’un survêtement par fabrication additive polymérique à l’aide d’au moins une imprimante 3D, et d’au moins un matériau polymère présentant des propriétés élastiques modulables afin de créer plusieurs zones fonctionnelles différenciées définies par un module d’élasticité de Young compris entre 0.001 et 5 GPa, ledit survêtement tenant compte de ladite image représentative,
  3. fabrication d’électrodes conductrices à partir d’au moins un polymère intrinsèquement conducteur ou un polymère rendu conducteur, lesdites électrodes conductrices présentant des dimensions et formes prédéfinies et des caractéristiques de conductivité électrique adaptées à un dispositif de stimulation électrique susceptible d’être connecté auxdites électrodes conductrices, et
  4. fixation desdites électrodes sur le survêtement dans des zones prédéfinies et qui tiennent compte de ladite image représentative.
De préférence, l’étape d) de fixation desdites électrodes sur le survêtement peut être mise en œuvre par collage à l’aide d’une colle connue de l’homme du métier et choisie en fonction de la nature des matériaux des électrodes conductrices et du survêtement, ou par d’autres moyens de fixation amovibles ou non, connus par l’homme de métier.
Il est à noter que lesdites électrodes conductrices peuvent être connectées au dispositif de stimulation par tout type de câble ou par des connexions sans fils.
Par ailleurs, pour réaliser la connexion de chacune des électrodes conductrices au câble reliant le dispositif de stimulation aux électrodes conductrices, on peut, de préférence, intégrer à chacune des électrodes conductrices du survêtement, un dispositif mécanique électriquement conducteur de type vis/écrou, ou tout autre moyen connu par l’homme de métier.
Il est à noter que si des connexions sans fils sont mises en œuvre pour réaliser la connexion ci-avant mentionnée, le dispositif mécanique sera surmoulé dans chacune des électrodes conductrices ou fixés sur chacune des électrodes conductrices, de préférence, par collage ou tout autre moyen connu par l’homme de métier.
L’étape c) de fabrication d’électrodes peut par exemple être mise en œuvre par fabrication additive, frittage, thermoformage, extrusion, injection, moulage ou toute autre technologie similaire et connue de l’homme de l’art.
Par exemple, la fabrication additive polymérique peut mettre en œuvre du fil polymère généralement thermoplastique, ou élastomère, ou des poudres organiques généralement thermoplastiques, la mise en œuvre étant réalisée par une opération de consolidation par faisceau laser (généralement désigne par l’acronyme SLS), ou par tout autre moyen de mise en forme connu de l’homme de l’art.
Par exemple, un polymère peut avoir été rendu conducteur en le mélangeant avec des charges électriquement conductrices.
D’autres caractéristiques et avantages innovants ressortiront de la description ci-après, fournie à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure 1 annexée:
illustre un survêtement selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le survêtement 1 est fabriqué selon le procédé suivant. Une première étape de fourniture d’un survêtement 1 recouvrant une partie du corps d’un utilisateur, c’est-à-dire dans ce mode de réalisation, le tronc, les avant-bras, les fesses, les cuisses et les mollets. Ce survêtement 1 est en polymère, et est obtenu par fabrication additive fil ou poudre. Ce survêtement 1 présente des zones prédéfinies à élasticité contrôlée et chacune de ces zones est définie par un module de Young compris entre 0.001 et 5 GPa. De préférence, le survêtement 1 est en polymère thermoplastique comme le polyéthylène, le polyamide, l’acide polylactique, le caoutchouc, le silicone, etc. ou mélange de ces polymères. La fermeture du survêtement 1 lorsqu’il est porté par un être humain se réalise de préférence par devant à l’aide de systèmes type scratch.
En parallèle, on réalise une composition conductrice constitué d’un polymère intrinsèquement conducteur de type polyacétylène, polypyrrole, polyaniline préférentiellement dopée, composite polyaniline/polyurethane, ou un mélange d’un polymère non conducteur et des charges conductrices en proportion de 30 % à 90 % massique, en fonction de la valeur de conductivité désirée et en particulier entre 10 S/m et 5x107S/m. On fixe cette composition sur une zone du survêtement 1 de préférence par collage. La zone peut avoir été prédéterminée en fonction de la morphologie de l’utilisateur de manière à ce que celle-ci soit bien localisée sur un muscle 2 de l’utilisateur, lorsque ce dernier est vêtu de ce survêtement 1. Ensuite, on répète ces étapes de manière à obtenir, selon un motif prédéfini, plusieurs électrodes 3 localisées sur un ou plusieurs muscles 2 de l’utilisateur, lorsque celui-ci est vêtu du survêtement 1. Ce motif peut comprendre plusieurs paires d’électrodes 3 symétriques les unes des autres par rapport à un axe de symétrie (AA). Il est à noter qu’il n’est pas nécessaire que toutes les électrodes 3 présentent les mêmes dimensions. Par exemple, on peut avoir des électrodes 3 présentant des dimensions plus importantes au niveau de l’épaule qu’au niveau du biceps de l’utilisateur. En particulier, les électrodes 3 sont comprises dans des zones fonctionnelles différenciées du survêtement 1 définies par un module d’élasticité de Young compris entre 1 et 5 GPa et les zones fonctionnelles différenciées exemptes d’électrodes sont définies par un module d’élasticité de Young compris entre 0.001 et 1 GPa.
Pour utiliser le survêtement 1, l’utilisateur doit se vêtir de celui-ci par-dessus un sous-vêtement tissé et directement en contact avec le corps. On connecte ensuite une ou plusieurs des électrodes 3 à un dispositif de stimulation 4 comprenant une source électrique et un dispositif de programmation de stimulation. La connexion des électrodes au dispositif de stimulation 4 électrique peut se réaliser par des systèmes avec ou sans fil avec une connectique connue par l’homme de l’art.
On sélectionne, à l’aide de ce dispositif, un programme et une intensité adaptés selon l’utilisateur pour permettre la stimulation appropriée du muscle 2 localisé sous chaque électrode 3 connectée.

Claims (6)

  1. Survêtement (1) polymérique non tissé apte à stimuler au moins un muscle (2) d’un être humain, ledit survêtement (1) comprenant:
    - plusieurs électrodes (3) polymériques présentant une conductivité électrique comprise entre 10 S/m et 5.107S/m, chacune desdites électrodes (3) étant susceptible d’être reliée à un dispositif de stimulation musculaire, et
    - plusieurs zones fonctionnelles différenciées définies par un module d’élasticité de Young compris entre 0.001 et 5 GPa.
  2. Survêtement (1) selon la revendication 1, dans lequel lesdites électrodes (3) sont disposées selon un motif prédéfini.
  3. Survêtement (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel lesdites électrodes (3) présentent une forme sensiblement ronde et présentant un diamètre compris entre 10 et 50 mm.
  4. Survêtement (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdites électrodes sont comprises dans des zones fonctionnelles différenciées définies par un module d’élasticité de Young compris entre 1 et 5 GPa et les zones fonctionnelles différenciées exemptes d’électrodes sont définies par un module d’élasticité de Young compris entre 0.001 et 1 GPa.
  5. Survêtement (1) selon l’une des quelconques revendications 1 à 4, dans lequel lesdites électrodes conductrices comprennent au moins un polymère intrinsèquement conducteur ou au moins un mélange comprenant un polymère non conducteur et des charges conductrices, les charges conductrices étant présentes dans le mélange à une proportion massique comprise entre 30 % et 90 % par rapport au poids total du mélange.
  6. Le procédé de fabrication d’un survêtement (1) selon l’une des quelconques revendications de 1 à 5 comprenant les étapes suivantes:
    1. réalisation d’un scanner d’un corps d’un utilisateur pour obtenir une image représentative de la morphologie de l’utilisateur,
    2. réalisation d’un survêtement par fabrication additive polymérique à l’aide d’au moins une imprimante 3D, et d’au moins un matériau polymère présentant des propriétés élastiques modulables afin de créer plusieurs zones fonctionnelles différenciées définies par un module d’élasticité de Young compris entre 0.001 et 5 GPa, ledit survêtement tenant compte de ladite image représentative,
    3. fabrication d’électrodes conductrices à partir d’au moins un polymère intrinsèquement conducteur ou un polymère rendu conducteur, lesdites électrodes conductrices présentant des dimensions et formes prédéfinies et des caractéristiques de conductivité électrique adaptées à un dispositif de stimulation électrique susceptible d’être connectés auxdites électrodes conductrices, et
    4. fixation desdites électrodes sur le survêtement dans des zones prédéfinies et qui tiennent compte de ladite image représentative.
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