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212~97
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Disposltif d'electrosti~ulation par des courants de hautes
fréquences modulés ~ar des courants de basses fréquences".
La présen~e inventiorl concerne un dispositif d'e~ectrostimulation,
par defi courants de hautes fréquences ~odulé~ par des courants de
bassefi fréquences.
Ce dispositif e~ notamment destiné au sevrage et a la
désintoxication des toxiconanes, à la régulation des biorythmes) à
l'électro-analgésie pour les douleurs chroniques e~ post-opratoires,
a la suppression du stress, et à l'anesthésie électro-médicamenteuse
pour les opérations majeures.
~n connalt déjà une application de l'électrostimulation à
l'anesthésie de patients qui doivent subir une intervention
chirurgicale On évite ainsi au malade d'avoir à endurer un réveil
qu'on sait inconfortable, ainsi que des co~p]ic~tions po~t-opératoires
fréquent~s.
En outre, on réalise une éConomie en diminuant voire en Eu~primant
: les doses de médica~ents usuelles.
~ Différents procédés et dispositifs d'électrostimulation sont
;: ~ connus de la technique antérieure~ Ainsi, le déposant a deja decrit
dans le brevet fransais 1 350 877 un procédé et un dispositif pour
l'anesthésie électrique par application de courants de hau~e
: ~::
fréquence, émis suivant des trains d'oscillations successifs séparés
par des in~ervalles morts.
Selon d'autres procédés~, on fait varier de manière continue les
regimes des courants utilisés, en espérant réaliser ai~si des régi~es
utiles à la stimulation, ~ans toutefois que ceux-ci nlaient été
:: : identifiés. : :
Cependant de tels~ procédé.s présentent llinconvénient d'émettre une
quantite importante de signaux 9 dont ~les régimes sont inadequats a
realiser une neurosti~ulation efficace. Ces signaux sont émis d'une
manière~ totalement inutile, si ce n'es~ nuisible, ce qui rend la
~; :;: neurosti~ulation inefficace pendarlt une portion de la duree totale du
:~ ~ ~ traitement.
La présente invention vise à ameliorer l'efficacité d'une telle
é~ission alternée de differents régimes de courants en definissant les
change~ents de régimes les plu~ appropriés pour eviter l'accoutu~ance
du patient.
:
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",~
. - 2 -
L'objet de la présente invention est un dispositif
d'électrostimulation par des courants de haute fréquence, comportant
des e.lectrodes destinées à être appliquées sur le crane d'un pa~ient,
caractérlse par le fait qu'il comporte des moyens pour moduler en tout
S ou rien ces signaux haute fréquence par différents régimes de signaux
basses fré~uences qui prennent sporadique~ent leurs valeurs parmi un
ensemble de régimes basses fré~uences dont les périodes d'émission
sont compri~ ent.~e er,viron 10 et 15 ms et dont le rapport cyclique,
c'est-3-dire le rapport de la durée d'émlssion du signal à sa période,
est compris entre e~iron 0,19 et 0,61.
Ainsi, les signaux émis par le dispositif de l'invention satisfont
la condition, corollaire des précédentes, selon laquelle la durée
d'émissiGn de~ signaux est comprise entre environ 2,9 et 4,1
millisecondes.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'un des
regimes de l'ensemble de régimes b~sses fréquences est choisi comme
~ ,
régime pilote, c'est-à-dire coT~e signal principal de modulation du
signal haute fréquence, tandis que les autres régi~es basses
: fr~quences lientrecoupent SUCCeSSiVeTllent, le régime pilote étant
: 20 sy~tématiquement rétabli entre deux de c~s régimes.
~ En dlautres ter~es, le régime pilote est le regime basse frequence
`;~ choisi pour~:succéder systematiqueD-ent à tout autre régi~.e bas~se
fréquence. ::
; Av~ntageusement~: on cboisit comme régime pilote celui dont le
;25 rapport cycl~que e~t le plus ele~é.
Dans une~ variaDte ~p:réferée de ce mode de realisation, le régime
pilot~e commence~la modulation, puis il est suivi du régime dont le
: rappo~t~cyc~llque:~est le plus~faible. Ensuite le régime pilote est
~: rétabli puis à nouVeau remplacé par le régime dont le rapport cyclique
~:~ 30 est le plus élevé, c'est-à-dire immédiatement inférieur a ce~ui du
régime pilote.
On~a ainsi~ dé~ini avec seulement trois régimes basses ~réquences
une success~on de qua~re phases qul constituent un cycle, lequel peut
;: ~ se répéter aussi longtemps que nécessaire sans qu'apparaisse aucun
`~ 35 phénomène d' accoutuTnance.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'ensemble
~ de régiTnes ba~se :fréquence est constitué par un preTnier régime de
:~:
:
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période voisine de 12ms et de rapport cyclique dlenviron 0,33 ; par un
deuxième régime dont la période e~t d'e~iron 13ms et dont le rapport
cyclique est voisin de 0,23 ; et par un troisième régime d'environ
lO~,s de période et de rapport cyclique voisin de 0,30.
Selon une variante préférée de ce mode de réalisation, la
succession des régim~s obéit aux règles de succession sulvantes :
Dans une première phase appelée phase pilote, le régime dont le
rapport cyclique est le plus élevé (soit le premier régime ou régime
pilote), est utilisé pour é~ettre les signaux bafise fréquence pendant
quelques heures, de préférence deux heures.
Pui~, pendant une duree comprise entre dix et trente ~inutes, de
préference quinze mlnutes, le régime dont le rapport cyclique ect le
plus faible (~oit le deuxième régime), remplace le régime pilote.
Dans une troisieme phase1 le regime pilote est ~ nouveau émis
pendant une durée comprise entre une demi-heure et deux heures, de
préfer~nce un~ heure.
Enfin, au cour~ d'une quatrième pha~e, le régi~e dort le rapport
cyclique est le plus élevé en dehors du régime pilote (soit le
troisiè~e régime), vient à nouveau interrompre le régi~e pilote
pendant vingt minutes, puis le cycl~ de ces quatre pha~es recommence.
En ~d'autre~ termes, les régimes basses fréquence~ se succèdent
avec une alternance de régimes pilotes et de régimes non pilotes
suivant un cycle répét~itlf ~qui co~porte au moins quatre phases, la
première phase correspQndant~à l'émis~lon du régime pilote p~ndant une
25 ~ durée co~prise entre une ,heure et trois heures, e~ de préférence
~ ~ pendant ~deux heures, la deuxième phase correspondant à l'émission d'un
`~ ~ régime~différent~du régime pilote et dont le rapport cyclique est plus
`falb~le pendsnt une durée comprise entre dix et trente minutes, et de
préférence pendant vingt minutes, la troisième phase corrqspondant à
l'émission du régime pilote pendant une durée eomprise entre une
de~i-heure et deux heures, de préférence pendant une heure, et la
auatrième phase correspo~dant à l'émission d'un régi~e différent du
régi~e pilote e~ dont le rapport cyclique est supérieur à ce]ui du
~, réglme de la deuxiè,me phhse pendant une duree comprise entre quinze et
:
trente minutes, de préférence vingt ~inutes.
Par ailleurs, le signal haute frequence, modulé par les different~
regimes de signaux basse frequence. est avartageusement diphasique.
~ ::
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2~;~549 ~ :
En effet, pendant la duree d'émission de ce signal, la tension de
haute fréquence est positive tandis qutelle est négative pendant le
reste de la période d'émission du signal haute fréquence.
Les valeur~ de la période et de la durée d'émission du signal
5 haute fréquence sont choisies de telle manière que la courbe de
variation de la tension du signal haute frequence dellmite, de part et
d'autre de l'axe Ze tension nulle, deux surfaces algébriques dont la
somme est nulle.
En d'au~res termes, l'intensite moyenne délivrée par ce courant
10 haute fréquence es~ nulle, ce qui permet la tolérance par le patient
d'une tension de plusieurs dizaines de volts tandis que l'énergie
transmise 3 son cerveau a une valeur assez faible mais non nulle, qui
resulte de la modification des caractéristiques électriques du signal
après traversée d~i diélectrique particulier que constitue le crane du
l5 patient.
De preference, la durée d'émission posltive du signal haute
fréquence est comprise entre 0,9 et 3,75~s et sa période est comprise
entre 4 et 10 ~s.
Plus précisément, le rapport de ces deux temps, soit le rapport
20 cyclique, doit etre compris~entre 0,20 et 0,40.
Le dispositif de la présente invention conlpr~nd, pour effectuer la
stimulation cerébrale transcutanée, une électrode ophryaque et une
paire d'électrodes~ rétro-mastoIdiennes, ces deux dernières étant
reliées électriquement.
Selon une première variante de ce de de réa~isation, les signaux
sont appliqués en outre~ elltre l'électrode ophryaque et une électrode
occipitale~ basse. L'électrode ophryaque fonctionne alors
al~ernativement avec la paire d'électrvdes rétro-masto~diennes et avec
l'électrode occipitale basse, les signaux de cette ~pplication étant
déphasés par rapport à ceux appliqués en~re llélectrode ophryaque et
le~ électrodes~rétro-masto~diennes.
~ans cette variante, le dispositif selon l'in~ention comprend des
moyens permettant d'envoyer alternativement sur les électrodes
` rétro-~asto~diennes et sur l'électrode occipitale basse et avec un
déphasage déter~ine les signaux haute frequence modulés etl basse
fréquence~
::
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Selon une seconde variante, les signaux sont en outre appliqués
entre une seconde électrode ophryaque et une électrode occipitale
basse, ce qui perme~ de rendre totalement indépendants les deux
ensembles d'électrodes ainsi constitués. On comprend en effet que, de
5cette manière, ohaque ensemble d'électrodes comporte fia propre
électrode ophryaque.
Selon cette variante, les deux électrodes ophryaques sont
é~ectriquement distinctes mais se confondent physiquement, de maniere
~ appliquer leurs si~naux au me~me endroit.
10Ai.nsi, entre les éleetrodes de chaque ensemble d'électrodes,
apparaissent deux cha~ps electriques qui sont rigoureusement distincts
electriquement.
Dans cette variante particulière, un déphasage peut être deter~iné
de maniere a i.mpliquer un recouvre~ent partiel des deux cha~.~s
15électriques pendant un intervalle commun d'émission des slgnaux.
~'action commune de deux champs electriques alternés ou
partiellement alternés dans ces régions du crâne présente l'avantage
de fitimu]er la region péri-aqueducale dont le role analgésique est
comlu, sans toutefols créer de surdensite locale de courant grace au
20déphasage entre les signaux.
Dans le but de mi ux faire comprendre ].'invention, on va en
decrire maintenant un mode de realisation donne à titre d'exemple non
limltati de~la port~e de l'~nvention et représente sur le dessin dans
lequel :
25~la figure 1 représente une courbe de v~riation en fonc~ion du
temps ~e la tension~d'un s~ignal haute frequence é~i~ par le dispositif
de l'invention. ~ ~
la f`lgure 2 représente une modulation par un signal basse
fréquence~du courant haute fréquence de la figure 1, confor~ément à
30l~invention~
la figure 3 représente, selon un mode de réalisa~ion de
invention, des é.lectrodes disposées sur la tete d'un patient,
la figure ~ représente deux courant~ haute fréquence ~odulés en
bssse~fIéquence d~phasé~, émis suivant le ~ode de réalisation de la
~ 35figure 3, et
:~ : :
:~ :
:
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21~S497
- la figure 5 représente deux courants haute fréquence modules en
basse fréquenee déphasés émis suivant un mode de réalisation similaire
à celui de la f igure 3 .
Sur la figure 1, le signal haute fréque~ce possède une période
egale à 6 ~s e~ une durée t' d'émission égale à 1,2 ~s.
Cette tension haute réquen.ce passe d'une valeur négative à une
valeur posltive en un temps dit "temps de montée" extrêmement court,
compris entre 50 et 150 ns.
Le "temps de descente", c'est-à-dire le te~ps de passage d'une
valeur positive à une ~aleur néga~ive de la tension du signal haute
fréquence e~t du même ordre de grandeur, soit d'environ 50ns.
On voit que le rapport cyclique des o~des haute fréquence, ou en
d'autres termes le r~pport de la durée d'émlssion positive t' 3 la
période d'é~ission ~ est égal à 0,20, valeur qui. est bien com~rise
dans l'intervalle OJ20 a n,40.
Conformément à 1'invention, ce signal a un courant moyen nul,
c'est-à-dire qu'il déli~ite autour de ~'axe de tension nulle une
surface ~1 dans sa partie positive egale ~ ce~.le délimitée d~ns sa
partie négative ~2.
Sur la figure 2, le signal de la igure 1 est module par un signal
de basse fréquence.
Ce signal de basse fréquence a une période T et un rapport
cy~lique don les valeurs sont voisines de 12 ms et 0,33.
Par le blais~ de cette ~modulation, la durée t d'émission des
2S ignaux basse fréquence correspond; au te~ps de passage du train
d'onde~ haute fréquence.
:Su~ 1~ figure~ 2, l'unité de l'échelle des temps e~t la
: :mill~seconde, ~andis que la période des signaux haute fréquence est de
~: l'ordre~de la microseconde, c'est pourquoi la forme du signal haute
: 30 fréquence ëst~représentée par des rectangles minces verticau~.
a flgure 3 ~eprésente des:électrodes disposées sur le crâne d'un
patient, selon un mode :de réalisation de l'invention.
Des électrodes la et Ib sont dites ophryaques tandi~ que deux
électrodes 2a sont dite~s rétromastoldiennes et une électrode 2b
est dite occipitale basse.
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2125/l~'l
Pour clarifier le dessin, les deux électrodes ophryaques la et
lb ont été représentées l'une à côté de l'autre, mais il est bien
évident que ces deux électrodes sont confondues en un même emplacement.
Dans une variante, elles peuvent etre remplacées par une seule
électrode ophryaque qui joue simultanément le role de toutes les deux.
Les électrodes forment deux ensembles d'électrodes désignés
globalement par a et b.
_ _
Le premier a est constltue de l'electrode ophryaque la et de
la palre d'électrodes rétromastoidiennes 2a, tandis que le fiecond
b comprend l'autre électrode ophryaque lb et l'électrode
occipitale basse 2b.
Entre chaque ensemble d 7 électrodes, un champ électrique
s'applique, dont la forme des ligne5 de courant a éte également
représentee sur cette figure 3.
On voit clairement que ]es deu~ electrodes ré~romasto;diennes 2a
sont coup~ées électriquement tandis qu'un champ électrique représenté
en ~raits continus s'applique e~tre, d'une part, l'electrode la et
d'autre part, la paire d'électrodes 2a.
Un autre champ electrique, représenté en trait~ di~continus,
~'applique entre l'électrode ophryaque lb et l'électrode occipitale
basse 2b.
Dans ce mode~ de réalisation, la neuro-stimulation a donc lieu
: ~ grâce à l'action conjointe de deux champs électriques, ce qui permet
en particulier d'atteindre;le ~circuit de PAPEZ qui est composé die la
formation rétieu~ée, de l'hippocampe, de l'amygdale, de l'hypothalamus
et de la région ventr~le perl-aqueducale dont on sait qu'elle a des
propriét~és analgésiques.
Selon ce mode de réalisation, les trains d'ondes des signaux de
chaque champ électrique appliqués aux ensembles a et b
d9électrodes sont déphasés d'un temps ~ comme représen~e sur la
figure 4. ~
Sur cette figure, Va ~représente la tensicn appliquee entre les
électrodes la ~et 2a tandis ~que Vb représente la différence de
potentiel entre lb et 2b.
Grâce à liutilisation de deux électrodes ophryaques, le mode de
réalisation du dispositif selon l'invention permet un recou~ren,enr
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partie~ R des trains d'onde des signaux. Toutefois, la s~lrdensité
locale de courant est évitée grâce à un déphasage important.
La figure 5 represente deu~: signaux emis par un autre mode de
réalisation de l'invention, similaire à celui représente sur la fi~ure
3.
A la différence de la figure précédente, le décalage des signaux
est ic~ to~al, saDs recouvrement partiel des trains d'onde a et b.
On ob~erve, que dsns ce ~ode de réalisation particulier, le
déphasage est rigoureusement égal à la durée d'é~ission des signaux,
de sorte que la ~ension Vb succède immédiatement à la tension Va.
En outre, dans la variante représentée, la durée sans en-lssio~ est
également identique a ~ .
Ainsi, la période T se divise en trois portlons de durées
ldentiques ~ : l'émission d'un signa] par l'ensemble d'électrodes z,
l'~mission d'un signal par l'ensemble d'électrodes _ et l'absence
d'émission.
Il est bien entendu que les modes de realisation qui viennent
d'etre decri~s ne presentent aucun caract~re limi~atif et qu'ils
pOurTont recevoi~ toutes modifications désirables sans sortir pour
cela du cadre de l'invention.
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