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Physical
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40 ms
(4)
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10 cm
(3)
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15 cm
(3)
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5 ms
(2)
[10][_]
1000 ohms
(2)
[11][_]
de 6,4 mm
(2)
[12][_]
de 8 cm
(2)
[13][_]
12 cm
(2)
[14][_]
2N
(2)
[15][_]
greater than 5 ms
(1)
[16][_]
de 2 ms
(1)
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10 V
(1)
[18][_]
de 9 V
(1)
[19][_]
de 6 V
(1)
[20][_]
36 V
(1)
[21][_]
de 40 ms
(1)
[22][_]
2 kHz
(1)
[23][_]
24 V
(1)
[24][_]
de 24 V
(1)
[25][_]
1N
(1)
[26][_]
2000 ohms
(1)
[27][_]
de 500 ohms
(1)
[28][_]
20 ms
(1)
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Polymer
(2/ 8)
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Cellulose
(4)
[31][_]
Silicone
(4)
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Molecule
(5/ 6)
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ORS
(2)
[34][_]
DES
(1)
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POINTES
(1)
[36][_]
water
(1)
[37][_]
sodium bicarbonate
(1)
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Gene Or Protein
(4/ 6)
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Etre
(3)
[40][_]
CES
(1)
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Est-a
(1)
[42][_]
Tre
(1)
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Generic
(1/ 6)
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metal
(6)
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Disease
(1/ 2)
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PAIN
(2)
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Company Reg No.
(1/ 1)
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LM 340
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2517975A1
Family ID 8071519
Probable Assignee Zoll Ross
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE ET DISPOSITIF DE STIMULATION CARDIAQUE EXTERNE
EN Title EXTERNAL NON-INVASIVE ELECTRICAL CARDIAC STIMULATION SYSTEM -
HAS NON-METALLIC ELECTRODE SKIN CONTACTS TO REDUCE PAIN
Abstract
_________________________________________________________________
ON PEUT REDUIRE LA DOULEUR QUE PRODUIT UNE STIMULATION CARDIAQUE
ELECTRIQUE EXTERNE, PAR L'UTILISATION D'ELECTRODES 10, 20 MUNIES
D'ELEMENTS 12 VENANT EN CONTACT AVEC LA PEAU, QUI SONT DES ELEMENTS
NON METALLIQUES DE GRANDE SURFACE ET D'IMPEDANCE ELEVEE. ON UTILISE DE
PLUS AVEC CES ELECTRODES UN GENERATEUR D'IMPULSIONS 22 QUI FOURNIT UN
COURANT CONSTANT SANS POINTES TRANSITOIRES, PENDANT UNE IMPULSION
PROLONGEE, D'UNE DUREE SUPERIEURE A CINQ MINUTES.
System comprises two electrodes with nonmetallic skin-contacting
members providing low current density to reduce local nerve
stimulation and resulting pain. A pulse generator connected to the
electrodes provides constant current pulses without high current
spikes which cause skeletal muscle contraction. Pulses are greater
than 5 ms in duration to reduce the threshold current required for
stimulation so that lower current pulses provide effective
stimulation. Each electrode pref. has a stainless steel disc (14)
adhered to a contact member (12) of cellulose sponge or gauze with
silicone rubber insulation (18) covering exposed metal.
Description
_________________________________________________________________
PROCHE ET DISPOSITIF DE STIMULATION CARDIAQUE EXTERNE
La presente invention concerne la stimulation cardiaque externe.
La stimulation electrique externe est une technique bien etablie, non
traumatisante puisqu'elle ne necessite pas de penetra- tion dans
l'organisme, qui provoque des battements de coeur effectif s pour la
reanimation d'urgence de patients se trouvant dans un etat d'arret de
l'activite ventriculaire. Mais, la douleur produite par la stimulation
electrique externe de patients conscients a empeche son utilisation
generalisee pour la stimulation cardiaque temporaire. la technique qui
est la plus largement utilisee a'a l'heure actuelle pour la
stimulation cardiaque temporaire fait intervenir la procedure de mise
en place d'un catheter cardiaque, avec introduction dans l'organisme
on place dans le coeur un fil metallique constituant une electrode
temporaire.
L'inventeur a constate que la douleur intense qui resulte de la
stimulation de nerfs sensoriels locaux pendant la stimulation
cardiaque electrique externe peut etre eliminee dans une large mesure
par l'utilisation d'electrodes ayant des elements de contact avec la
peau non metalliques et de grande surface, ayant des impedances
relativement elevees. Il a egalement constate que l'inconfort,
resultant de fortes contractions des muscles attaches au squelette
pres des electrodes, peut etre reduit en utilisant un generateur d'
impulsions electriques qui produit un courant de sortie sensiblement
constant et elimine ainsi les pointes de courant eleve qui entra ment
des contractions des muscles attaches au squelette, et ce sans
affecter la stimulation cardiaque.Il a egalement trouve qu'on peut
reduire le courant neces- saire pour la stimulation cardiaque
d'environ 30 a 50 X, sans augmenter la contraction de ces muscles du
squelette, en augmentant la duree des impulsions de stimulus de 2 ms a
5 a 40 ms.Par consequent, l'in vention se caracterise notamment en ce
qu'on produit une stimulation cardiaque electrique externe avec des
electrodes comportant des elements de contact avec la peau, non
metalliques, de grande surface et a impedance elevee, et avec un
generateur d'impulsions qui applique aux electrodes une impulsion de
courant constant d'une duree superieure a 5 ms (de preference 20 a 40
ms). Dans des modes de realisation avantageux,une inductance est
placee pres des electrodes pour eliminer les pointes de courant
transitoires il existe des moyens destines a permettre de faire varier
la duree de l'impulsion;; un potentiometre est place pres des
connexions des electrodes pour faire varier l' l'amplitude de
ltimpulsion; les diametres des elements venant en contact avec la peau
sont compris entre 6 et 10 cm pour l'electrode anterieure et entre 8
et 15 cm pour l'electrode posterieure s les impedances sont
superieures a 1000 ohms s les eleetredes sont constituees par un
disque en metal mince fixe d'un cote t" l'element non metallique
venant en contact avec la peau, et connecte de l'autre cote a un
conducteur;; l'element venant en contact avec la peau est une feuille
d'eponge a base de cellulose d'une epaisseur approximative de 6,4 mm;
le disque est realise en acier inoxydable 9 et le disque est couvert
d'une matiere isolante en caoutchouc aux silicones du cote duquel est
etablie la connexion electrique.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va
suivre dtun mode de realisation, donne a titre d'exemple non
limitatif. La suite de la description se refere aux dessins annexes
sur lesquels
La figure 1 est une representation schematique en perspective,
partiellement arrachee, d'une electrode corres- pondant a l'invention;
La figure 2 est un schema synoptique montrant les electrodes
connectees a un generateur d'impulsions qui est lui-meme connecte a un
moniteur cardiaque et n des circuits de commande de rythme 9
La figure 3 est un schema des circuits du generateur d'impulsions.
La figure I represente une electrode anterieure 10 de 8 cm de diametre
constituee par de l'eponge de cellulose 12 de 6,4 mm d'epaisseur fixee
sur une face d'un disque en acier inoxydable mince 14 qui est connecte
electriquement a un fil isole 16 et dont l'autre surface est couverte
par une couche isolante en caoutchouc au silicone 18. La couche
isolante couvre egalement les bords du disque 14. L'electrode
posterieure 20 (non representee sur la figure 1) est identique a
l'electrode 10, a l'exception du fait qu'elle a 12 cm de diametre.
En se reportant a la figure 2, on voit les electrodes fixees sur le
torse d'un patient et connectees electriquement a un generateur
d'impulsions 22. Le signal d'entree du generateur d'impulsions 22 est
un signal de declenchement (environ 10 V) qui est fourni par des
circuits de commande de rythme 24, qui sont d'un type bien connu. Dans
un mode synchrone, les signaux QRS des battements du coeur, provenant
dunmoniteur cardiaque classique 26,commandent le signal de
declenchement; dans un mode asynchrone, les signaux de declenchement
sont fournis a un rythme uniforme reglable; un interrupteur (non
represente) permet egalement a itoperateur de declencher les signaux
manuellement; et enfin, il existe des moyens destines a generer un ou
plusieurs signaux selon n'importe quelle configuration temporelle
complexe desiree.Une commande reglable de limite de rythme dans le
mode synchrone evite une stimulation rapide par des signaux de
synchronisation ORS a,- rythme eleve, et elle permet egalement de ne
produire des stimuli qu'apres deux ou trois, ou plus, signaux de
synchronisation ORS. Le generateur d'impulsions 22, quton envisagera
en detail ci-dessous, comprend de facon generale un amplificateur de
declenchement 28, un multivibrateur monostable de definition de
largeur d'impulsion, 30, un oscillateur 32, un amplificateur 34, un
transformateur d'isolement 36, et un circuit de sortie 38 qui comprend
un redresseur, un attenuateur et un filtre.
La figure 3 montre les circuits du generateur d'impulsions 22. La
moitie inferieure de la figure montre des elements logiques CMOS qui
sont utilises pour commander les etages de sortie, et la moitie
superieure de la figure montre les etages de sortie, comprenant
l'amplificateur 34, le transformateur 36 et le circuit de sortie 38,
ainsi que leur source de tension regulee. Les elements logiques CMOS
sont alimentes par une batterie de 9 V, 40, et les etages de sortie
sont alimentes par six batteries de 6 V, du type utilise pour
l'eclairage, qui sont designees de facon generale par la reference 41
et sont connectees en serie pour donner 36 V. Le generateur
d'impulsions 22 comporte des commandes marche/arreAt 42 (a) et 42 (b),
accouplees mecaniquement, qui concernent respectivement les elements
logiques CMOS et les etages de sortie.
En considerant la partie inferieure de la figure 31 on voit que
le-signal de dec#lenchement entre au point 44. Des diodes 46 protegent
l'entree de declenchement. On utilise l'amplificateur de declenchement
28 pour obtenir une transition nette pour le signal de declenchement,
et cet amplificateur est constitue par des inverseurs i1, i2 qui sont
connectes dans une boucle de reaction positive, Un multivibrateur
monostable de definition de largeur d'impulsion, 30, est constitue par
une porte NON-OU G1, un inverseur I3, une resistance 48 et un
condensateur. Son signal de sortie consiste en une impulsion uniforme
de largeur determinee.Avec la resistance et le condensateur
particulier qui sont representes sur la figure 3, on obtient une
impulsion de 40 mus. Pour proteger le patient contre des-courants de
fuite et des defauts des composants, le signal de sortie dirige vers
le patient est transmis par couplage par transformateur. Pour titre
transmise par le transformateur 36, l'impulsion de 40 ms est tout
d'abord convertie par l'oscillateur 32 en un signal carre a 2 kHz,
puis ce signal est redresse et filtre-apres avoir ete transmis par le
transformateur. La sortie du multivibrateur 30 est connectee a
loscillateur 32 par l'inverseur 14.
L'oscillateur 32 est constitue par des portes G2, G3 et par un
inverseur I5 et il comporte deux points de sortie, 50, 52, avec des
signaux de sortie dephases de 1800~l'un par rapport a ltautreO Le
point 52 est connecte a l'inverseur 15 et le point 50 est connecte a
l'oscillateur 32 par la porte G4.
En considerant la partie superieure de la figure 3, on voit qu'une
alimentation regulee a 24 V est branchee entre des points 54 et 56 et
est constituee par les batteries 41, un condensateur 58, un regulateur
de tension 60 et un tran- sistor T1. L'amplificateur 34 applique une
amplification identique aux signaux en opposition de phase presents
aux points 50, 52, au moyen des transistors T2, T3, T4 et T.
Cs signaux amplifies sont appliques, en compagnie de la tension
d'alimentation regulee de 24 V, aux enroulements primaires d'un
transformateur isolateur et elevateur dans le rapport io/i, 36. Les
enroulements secondaires du transformateur 36 sont connectes a un
redresseur 59 qui est connecte aux electrodes 10, 20 par
l'intermediaire d'un poten tiometre 62 (5k Q, 5W)et d'un filtre 64,
constitue par un condensateur et une inductance 66 (un enroulement de
transformateur avec un noyau de fer et une inductance de 0,33 H).
Le filtre 64 produit une impulsion de courant a variation progressive
ayant une amplitude suffisamment uniforme, et l'inductance de ce
filtre elimine les pointes de courant transitoire initial qui
resultent de la capacite des electrodes 10, 20.
Le tableau suivant indique les composants qui sont utilises dans le
circuit represente sur la figure 3.
Tableau des composants I1, 12g 14, I5 4069, G2, G3, G4 4001
T1, T3, T5 2N 1724
Regulateur 60 LM 340
T2, T4 2N 2108
Diodes 46 Texas Instruments 59
D1, D2 1N 4000
Redresseur 59 Motorola R0804
On va maintenant decrire l'utilisation du dispositif.
On humecte tout d'abord l'eponge 12 (et l'eponge correspondante sur
l'electrode 20) avec de l'water du robinet. Selon une variante, on
peut utiliser sur les eponges un electrolyte faible tel que du sodium
bicarbonate, ou un gel.
L'humidite ou le gel assure un bon contact electrique avec la peau du
patient sur une zone etendue, sans trop diminuer la resistance de
l'electrode. On positionne les electrodes 10, 20 sur la poitrine du
patient (pres du coeur, dans le quatrieme ou le cinquieme espace
intercostal gauche) et dans le dos (en position sous-scapulaire,
c'est-a-dire sous l?omoplate), respecti+-ement, pour reduire la
stimulation des muscles. Dans le cas de la reanimation d'urgence a
partir d'un etat d'arret ventriculaire ou de bradycardie, les cir
cuits de commande de rythme 24 fonctionnent en mode asynchrone, et des
stimuli sont appliques a un rythme uniforme reglable de 30 a 200 par
minute.Lorsqu'on ut se 1e mode synchrone des circuits 24 (par exemple
pendant des tests physiologiques), le stimulus est produit avec un
retard reglable uniforme a la suite du signal de synchronisation QRS
provenant du moniteur cardiaque 26o Independamment du mode dans lequel
se trowqent les circuits de commande de rythme 242 le generateur
d'impul- sions 22 fournit la merle impulsion uniforme pour chaque
signal de declenchement applique a l'entree.
Le potentiometre 62 fait fonction de commande d'amplitude reglable et
permet l'adaptation aux divers seuils des patients individuels.
L'impulsion de sortie maximale appliquee au patient est de 140 miL
dans 2000 ohms, avec une impedance de source de 500 ohms.
On utilise une largeur d'impulsion superieure a 20 ms pour reduire le
courant necessaire a la stimulation cardiaque a des niveaux reduisant
l'inconfort pour le patient.
Dans d'autres modes de realisation, on peut remplacer la resistance 48
par un potentiometre pour faire varier la largeur d'impulsion, par
exemple entre 2 et 40 ms. On peut utiliser d'autres elements non
metalliques, comme de la gaze, a la place de l'eponge 12.
De plus, bien que les diametres d'electrode de 8 cm et 12 cm soient
optimaux pour un adulte moyen, on peut les faire varier respectivement
entre 6 et 10 cm et entre 8 et 15 cm, pour s'adapter a differentes
tailles de patients et a diverses sensibilites relatives a la
stimulation nerveuse et a la contraction musculaire. Une augmentation
du diametre de l'electrode reduit la stimulation nerveuse mais
augmente le volume de muscle susceptible entre contracte, et
inversement.
Enfin, au lieu d'utiliser des electrodes separees pour le moniteur
cardiaque 26, on peut obtenir directement un signal de battements
cardiaques a partir des electrodes de stimulation 10, 20.
Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent etre
apportees au dispositif et au procede decrits et representes, sans
sortir du cadre de l'invention.
Claims
_________________________________________________________________
1.RFVEN-DICAT-IONS1. Dispositif de stimulation cardiaque electrique
externe,-sans penetration dans l'organisme, caracterise en ce qu'il
comprend: une paire d'electrodes (10, 20) comportant des elements (12)
venant en contact avec la peau, non metalliques et a impedance elevee;
et un generateur d'impulsions (22) connecte electriquement a ces
electrodes, ce generateur fourxessant des impulsions de courant
constant, sans pointes de courant sur toute la duree d'impulsions dune
duree superieure a 5 ms, ce generateur etant associe a des moyens de
declenchement (24).2. Dispositif selon la revendication 1, caracterise
en ce qu'il comporte une inductance (66) ayant pour but d'eliminer les
pointes de courant transitoire resultant de charges presentes sur les
electrodes.3. Dispositif selon la revendication 2, caracterise en ce
qu'il comprend en outre des moyens (48, 62) destines a faire varier la
duree et/ou l'amplitude des impulsions.4. Dispositif selon l'une
quelconque des revendications 1 a 3,. caracterise en ce que la duree
des impulsions est comprise entre 20 et 40 ms.5. Dispositif selon
l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que
les electrodes (10 20) sont circulaires et l'une des electrodesa un
diametre compris entre 6 et 10 cm, tandis que l'autre electrode a un
diametre compris entre 8 et 15 cm,6o Dispositif selon la revendication
5, caracterise en ce que ladite impedance est superieure a 1000
ohms.7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6,
caracterise en ce que l'electrode comprend en outre un disque de metal
(14) colle a la surface dudit element (12) qui n'est pas en contact
avec la peau; les surfaces a nu et les bords de ce disque de metal
sont recouverts d'une matiere isolante (18); et ce disque de metal est
connecte a un fil electrique (16).8. Dispositif selon la revendication
7, caracterise en ce que le disque de metal (14) est en acier
inoxydable.9. Dispositif -selon l'une quelconque des revendica tions 7
ou 8, caracterise en ce que ledit element (12) est constitue par de
l'eponge de cellulose ou de la gaze.10. Dispositif selon l'une
quelconque des revendications 7, 8 ou 9, caracterise en ce que la
matiere isolante est du caoutchouc aux silicones.11. Dispositif selon
l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que
les moyens de declenchement (24) produisent des signaux de
declenchement pour le generateur d'impulsions (22) sous l'effet du
signal electrique de sortie d'un moniteur cardiaque (26), et ces
signaux de declenchement sont synchronises de facon a apparai#tre avec
une relation de phase desiree par rapport aux battements du coeur.12.
Dispositif selon la revendication 11, caracterise en ce que les
electrodes (10, 20) appliquent des signaux d'entree au moniteur
cardiaque (26).
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