WO2006120647A2 - Electrode pour stimulateur neuromusculaire - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to the field of neuromuscular stimulation and more particularly the electrodes used for this purpose.
  • Electrodes which can be used for neuromuscular stimulation.
  • the muscles or nerves are stimulated by a current that flows through a pair of stimulation electrodes.
  • electrodes of dimensions 5 ⁇ 5 cm 2 and a current of about 120 mA can be used.
  • it is necessary to apply a voltage of about 60 V to 150 V between the two electrodes knowing that there is a voltage drop of about 20 V to 30 V at the internal tissues.
  • the remainder, 30 V to 130 V is used by both electrode-skin systems. The voltage is therefore between 15 V and 65 V at each electrode-skin system.
  • the electrodes of the state of the art have the disadvantage of inducing feelings of discomfort for the user, or even burns in some cases (eg use of electrodes for cardiac defibrillation). These problems are caused by the fact that the current density is not uniform in the electrode-skin contact zone.
  • an object of the invention is to improve the known stimulation devices.
  • Another object of the present invention is to reduce or eliminate the aforementioned problems due to the lack of uniformity of the current density.
  • Figure 1 shows a sectional view of an electrode according to the invention placed on the skin of a patient.
  • the neuromuscular stimulator electrode comprises a conductive layer 1, eg of metal, disposed on a resistive layer 2, the lower face of the resistive layer 2 being intended to contact the skin of a user 3.
  • a muscle 4 to be stimulated.
  • the electrode according to the invention is characterized in that the specific impedance Z n of the resistive layer 2 is at least equal to half of the average specific impedance Z u of the dermal portion to contact the lower face of the resistive layer 2.
  • resistive layer must be understood as any layer that has a certain impedance.
  • the specific impedance Z r of the resistive layer 2 is at least equal to the average specific impedance Z u of the dermal portion to contact the lower face of the resistive layer 2.
  • the known electrodes of the state of the art have a specific impedance, typically of the order of 500 ⁇ cm 2 , which is well below the average specific impedance Z u of the dermal portion to contact the lower face of the resistive layer.
  • the use of a low impedance for the electrodes makes it possible to minimize the voltage source.
  • the electrodes of the state of the art only a small fraction of the voltage generated at the electrode-skin system is used on the electrodes, the largest fraction of voltage being found in the biological tissues.
  • the current distribution is largely determined by the specific impedance of the biological tissues. Since the latter varies from one point to another of the skin, in particular because of the presence of sweat ducts, the variation of its thickness, the intussusception around the hairs, its state of cleanliness, its moisture, perfusion and peripheral vasodilatation, it follows that the current density is not uniform at the electrode-skin system.
  • the term "specific average impedance Z u of the dermal portion" the specific impedance seen by the electrode at the electrode-skin interface. It can be evaluated by measuring the current density under a metal electrode of the same shape applied directly to the same location on the skin.
  • the average specific impedance Z u of the dermal portion is determined both by the geometry of the electrode-skin system and by the impedances of the different tissues.
  • the specific impedance Z r of the resistive layer is at least equal to 2000 ⁇ cm 2 for a system comprising electrodes of 25 cm 2 and which uses a voltage of 10 V at the electrode.
  • the current flowing through the electrode-skin interface is essentially imposed by the value of the specific impedance of the resistive layer Z n , which provides a relatively uniform current density at the electrode-skin system.
  • the thickness of the resistive layer of the electrode is less than 2 mm.
  • the choice of the specific impedance of the resistive layer may vary depending on the intended use (muscle stimulation for application of the field of sport, defibrillation, iontophoresis, etc.).
  • the impedance of the skin is influenced by the frequency of stimulation.
  • the skin In low frequency stimulation, the skin has a high average specific impedance, while in high frequency stimulation the average specific impedance of the skin is low.
  • the specific impedance of the resistive layer by applying the principles of the present invention, can be adapted to the specific impedance of the skin which itself depends on the intended pacing rate.
  • high frequency pulses are used, hence a low specific impedance of the dermal portion to contact the lower face of the resistive layer.
  • the principle of the invention makes it possible to effectively standardize the current density and to avoid such burns.
  • the electrode according to the invention can be used with all types of stimulators, for example that described in US Pat. No. 6,324,432 or with the stimulators of the range marketed under the name Compex® (called MI-SPORT, SPORT ELITE, ENERGY, MI-FITNESS, FITNESS, FITNESS, DUOFIT, VITALITY, BODY), incorporated by reference in the present application.
  • Compex® a stimulator of the range marketed under the name Compex® (called MI-SPORT, SPORT ELITE, ENERGY, MI-FITNESS, FITNESS, FITNESS, DUOFIT, VITALITY, BODY), incorporated by reference in the present application.
  • the resistive layer may be formed by a capacitive layer.

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Abstract

Electrode pour stimulateur neuromusculaire comprenant une couche conductrice (1 ), p.ex. en métal, disposée sur une couche résistive (2), la face inférieure de la couche résistive (2) étant destinée à contacter la peau (3) d'un utilisateur. L'impédance spécifique Zr de la couche résistive est au moins égale à la moitié de l'impédance spécifique moyenne Zu de la portion de derme devant contacter la face inférieure de la couche résistive.

Description

Electrode pour stimulateur neuromusculaire
Domaine de l'invention
La présente invention concerne le domaine de la stimulation neuromusculaire et plus particulièrement les électrodes utilisées à cet effet.
Etat de la technique
On connaît divers types d'électrodes qui peuvent être utilisées pour la stimulation neuromusculaire. Les muscles ou les nerfs sont stimulés au moyen d'un courant qui transite à travers une paire d'électrodes de stimulation. A titre d'exemple, on peut utiliser des électrodes de dimensions 5 x 5 cm2 et un courant d'environ 120 mA. Pour obtenir ce courant, il faut appliquer une tension d'environ 60 V à 150 V entre les deux électrodes sachant que l'on observe une chute de tension d'environ 20 V à 30 V au niveau des tissus internes. Le reste, soit 30 V à 130 V, est utilisé par les deux systèmes électrode-peau. La tension se situe donc entre 15 V et 65 V au niveau de chaque système électrode-peau.
Les électrodes de l'état de la technique présentent l'inconvénient d'induire des sensations d'inconfort pour l'utilisateur, voire même des brûlures dans certains cas (p.ex. utilisation d'électrodes pour la défibrillation cardiaque). Ces problèmes ont pour origine le fait que la densité de courant n'est pas uniforme dans la zone de contact électrode-peau.
II existe donc un besoin de pouvoir remédier à cette situation.
Résumé de l'invention
Ainsi, un but de l'invention est d'améliorer les dispositifs de stimulation connus.
Un autre but de la présente invention vise à réduire, voire à éliminer, les problèmes précités dus à l'absence d'uniformité de la densité de courant. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de modes d'exécution de celle-ci et de figure schématique dans lesquelles
La figure 1 représente une vue en coupe d'une électrode selon l'invention posée sur la peau d'un patient.
Ainsi l'électrode pour stimulateur neuromusculaire comprend une couche conductrice 1 , p.ex. en métal, disposée sur une couche résistive 2, la face inférieure de la couche résistive 2 étant destinée à contacter la peau d'un utilisateur 3. En dessous de l'électrode, on a encore représenté de façon schématique un muscle 4 destiné à être stimulé.
L'électrode selon l'invention se caractérise en ce que l'impédance spécifique Zn de la couche résistive 2 est au moins égale à la moitié de l'impédance spécifique moyenne Zu de la portion de derme devant contacter la face inférieure de la couche résistive 2.
Dans la présente demande, la notion de "couche résistive" doit se comprendre comme toute couche qui présente une certaine impédance.
On a en effet observé de manière surprenante qu'une densité de courant quasi uniforme au niveau de l'interface électrode-peau peut être observée si l'impédance spécifique de la couche résistive Zrest au moins égale à la moitié de l'impédance spécifique moyenne Zu de la portion de derme.
De préférence, l'impédance spécifique Zr de la couche résistive 2 est au moins égale à l'impédance spécifique moyenne Zu de la portion de derme devant contacter la face inférieure de la couche résistive 2.
II convient de relever que les électrodes connues de l'état de la technique ont une impédance spécifique, typiquement de l'ordre de 500 Ω cm2, qui est bien inférieure à l'impédance spécifique moyenne Zu de la portion de derme devant contacter la face inférieure de la couche résistive. L'utilisation d'une faible impédance pour les électrodes permet de minimiser la source de tension.
Il en résulte qu'avec les électrodes de l'état de la technique, seule une petite fraction de la tension générée au niveau du système électrode-peau est utilisée sur les électrodes, la plus grande fraction de tension se retrouvant au niveau des tissus biologiques, ce qui a pour conséquence que la distribution de courant est en grande partie déterminée par l'impédance spécifique des tissus biologiques. Etant donné que cette dernière varie d'un point à l'autre de la peau, notamment à cause de la présence de canaux sudoripares, de la variation de son épaisseur, de l'invagination autour des poils, de son état de propreté, de son humidité, de la perfusion et de la vasodilatation périphérique, il en résulte que la densité de courant n'est pas uniforme au niveau du système électrode-peau.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par " impédance spécifique moyenne Zu de la portion de derme ", l'impédance spécifique vue par l'électrode au niveau de l'interface électrode-peau. Elle peut être évaluée en mesurant la densité de courant sous une électrode métallique de même forme appliquée directement au même endroit sur la peau. L'impédance spécifique moyenne Zu de la portion de derme est déterminée aussi bien par la géométrie du système électrode-peau que par les impédances des différents tissus.
De préférence, l'impédance spécifique Zr de la couche résistive est au moins égale à 2000 Ω cm2 pour un système comprenant des électrodes de 25 cm2 et qui utilise une tension de 10 V au niveau de l'électrode.
En choisissant une valeur de l'impédance spécifique de la couche résistive Zr suffisamment élevée, le courant transitant au niveau de l'interface électrode-peau est essentiellement imposé par la valeur de l'impédance spécifique de la couche résistive Zn, ce qui permet d'obtenir une densité de courant relativement uniforme au niveau du système électrode-peau. En d'autres termes, plus l'impédance de la couche résistive sera "dominante" par rapport à l'impédance de la peau, plus la densité de courant sera uniforme au niveau du système électrode-peau. Avec une impédance spécifique de la couche résistive égale à la moitié de l'impédance spécifique moyenne Zu de la portion de derme devant contacter la face inférieure de la couche résistive 2, l'effet d'uniformisation de la densité de courant est minimal, tandis que si le rapport est de l'ordre de 10, l'effet d'uniformisation est beaucoup plus important.
En effet, lorsque le courant est essentiellement imposé par l'impédance de la couche résistive Zr, sa valeur est constante et la densité de courant uniforme car l'impédance de la couche résistive Zrest une constante. En revanche, si le courant était essentiellement imposé par l'impédance moyenne Zu de la portion de derme, comme c'est le cas avec les électrodes de l'état de la technique, sa valeur serait variable, et la densité de courant non-uniforme, car l'impédance moyenne Zu est variable. Plus précisément, chaque point du derme se situant sous l'électrode se caractérise par une impédance Zp qui lui est spécifique et qui le plus souvent diffère de l'impédance des points voisins. Ainsi, lorsque le courant est imposé par Zp (ou Zu), la densité de courant varie d'un point à l'autre de l'interface électrode-peau.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, l'épaisseur de la couche résistive de l'électrode est inférieure à 2 mm.
Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux exemples et valeurs précédemment exposés, le choix de l'impédance spécifique de la couche résistive pouvant varier en fonction de l'utilisation envisagée (stimulation musculaire pour application de le domaine du sport, défibrillation, iontophorèse, etc.).
L'on sait effectivement que l'impédance de la peau est influencée par la fréquence de la stimulation. Lors d'une stimulation à basse fréquence, la peau présente une forte impédance spécifique moyenne tandis que lors d'une stimulation à haute fréquence, l'impédance spécifique moyenne de la peau est faible. En conséquence, l'on peut adapter l'impédance spécifique de la couche résistive, en appliquant les principes de la présente invention, à l'impédance spécifique de la peau qui elle-même dépend de la fréquence de stimulation prévue. A titre d'exemple, dans le cas de la défibrillation, on utilise des impulsions à haute fréquence, d'où une impédance spécifique faible de la portion de derme devant contacter la face inférieure de la couche résistive. Comme dans le cas de la défibrillation on observe souvent la présence de brûlures sur la zone de peau proche du bord de l'électrode, le principe de l'invention permet d'uniformiser effectivement la densité de courant et d'éviter de telles brûlures.
Comme indiqué ci-dessus, l'électrode selon l'invention peut s'utiliser avec tous types de stimulateurs, comme par exemple celui décrit dans US 6,324,432 ou avec les stimulateurs de la gamme commercialisée sous le nom Compex ® (dénommés MI-SPORT, SPORT ELITE, ENERGY, MI-FITNESS, FULL FITNESS, FITNESS, DUOFIT, VITALITY, BODY), incorporés par référence dans la présente demande.
En appliquant les principes de l'invention, on peut également envisager l'utilisation d'électrodes capacitives au lieu d'électrodes résistives. En effet, ce qui est important c'est que ce soit l'impédance de la couche résistive en contact avec la peau qui domine afin de dicter et uniformiser la densité de courant, que l'impédance dominante soit résistive ou capacitive. Ainsi, la couche résistive peut être réalisée par une couche capacitive.

Claims

Revendications
1. Electrode pour stimulateur neuromusculaire comprenant une couche conductrice (1 ), p.ex. en métal, disposée sur une couche résistive (2), la face inférieure de la couche résistive étant destinée à contacter la peau (3) d'un utilisateur, caractérisée en ce que l'impédance spécifique Zn de la couche résistive (2) est au moins égale à la moitié de l'impédance moyenne Zu de la portion de derme devant contacter la face inférieure de la couche résistive (2).
2. Electrode selon la revendication précédente caractérisée en ce que l'impédance spécifique Zn de la couche résistive (2) est égale à l'impédance moyenne Zu de la portion de derme devant contacter la face inférieure de la couche résistive (2).
3. Electrode selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'impédance spécifique Zr de la couche résistive (2) est au moins égale à 2000 Ω cm2 pour un système comprenant des électrodes de 25 cm2 et qui utilise une tension de 10 V au niveau de l'électrode.
4. Electrode selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche résistive est égale ou inférieure à 2 mm.
5. Electrode selon la revendication 1 , dans laquelle la couche résistive est une couche capacitive.
6. Stimulateur neuromusculaire comprenant au moins une électrode selon l'une des revendications précédentes.
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