stimulateurtlemcen414 by xiaohuicaicai

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									                            STIMULATEUR ANTI-DOULEUR EVOLUTIF
                                  W.BENZABA, R.BOUTALEB, A.ALLAM, M. BENCHERIF
                                Centre de Développement des Technologies Avancées (C.D.T.A.)
                                  Cité du 20 août 1956 , B.P.17 Baba Hassen , Alger, Algérie
                                     wahiba_nada@yahoo.fr, boutalebratiba@yahoo.fr




RESUME                                                                 2 DEFINITION
Le stimulateur électrique transcutané de nerf est un appareil
médical qui sert à diminuer ou à bloquer l’intensité de la             La neuro-stimulation électrique transcutanée est une
douleur. Son fonctionnement consiste à aider le malade à               technique analgésique utilisée par la plupart des spécialistes
produire un taux plus élevé de substance sécrétée par le               de traitement de la douleur [bas] à savoir les neurologues,
cerveau pour bloquer la douleur. Le stimulateur, est très              les     anesthésistes,    les    rhumatologues      et     les
utilisé par les services spécialisés en physiothérapie des             kinésithérapeutes. Les stimulateurs, ayant prouvé des
hôpitaux. Les objectifs scientifiques et technologiques de ce          résultats concluants sont recommandés par de très
projet sont l'innovation et la maîtrise à faible coût dans la          nombreux auscultants de la douleur. L'expérience acquise
conception et la réalisation des stimulateurs électriques              par ces praticiens permet aujourd'hui de bien délimiter les
transcutané de nerf. L'innovation consiste à utiliser des              champs d'applications de cette physiothérapie. L'analgésie
circuits FPGA au lieu des composants électroniques                     est introduite soit par renforcement des mécanismes
classiques. Des composants programmables numériques de                 inhibiteurs de la corne postérieure (Gate Control), soit par
type FPGA seront utilisés. Des prototypes sur cartes                   excitation des centres inhibiteurs supra spinaux (sécrétion
électroniques avec des dispositifs FPGA et des composants              d’endorphines).
analogiques seront réalisés afin de pouvoir valider les                Les principales indications prises en charge par le
méthodes de stimulations utilisées. Le choix des circuits              stimulateur, sont les douleurs neurogènes de types
FPGA par rapport aux circuits ASICS s'explique par le                  sciatalgies,    névralgies    cervicobrachiales,    membres
nombre réduit de ce genre d'appareil utilisé dans le monde.            fantômes et zona.
Le modèle réalisé devra être portatif, à faible consommation           Le stimulateur doit être d'une utilisation simplifiée pour le
et de petite dimension. L'avantage des circuits FPGA utilisés          patient, ergonomique et fiable. Les possibilités des réglages
dans ce projet consiste à changer les paramètres d’impulsions          de précision permettent au praticien d'exploiter au mieux
fournis au patient sans changer l'électronique de l'appareil. Il       les facultés antalgiques du courant.
n'y aura que le programme de la mémoire du système à
modifier. Ce stimulateur aura donc l'avantage d'être évolutif
et de s'adapter aux découvertes médicales liées aux remèdes            3 DESCRIPTION ET OBJECTIF DU PROJET
anti-douleur par stimulation électrique.                               Le stimulateur que nous proposons de réaliser aura
                                                                       l'avantage d'être évolutif et permet ainsi une évolution
                                                                       technique et médicale contrairement aux stimulateurs du
Mots Clés: — douleur, électrode, stimulateur                           marché qui restent figés dans leur conception.
transcutané de nerf, TENS, FPGA                                        Le but de la stimulation électrique transcutanée étant de
                                                                       délivrer une charge électrique contrôlée et suffisante pour
1 INTRODUCTION                                                         provoquer l'excitation du système nerveux par
Les progrès accomplis par l’électronique et la                         l'intermédiaire des nerfs périphériques, Le stimulateur
microélectronique au cours des ces dernières décennies sont            évolutif est programmable : il nous offre un libre accès à
tout à fait remarquables [tre]. Cette tendance à fait                  tous les paramètres pour chaque forme de courant, nous
repousser toujours plus loin les limites de la technologie             permettant ainsi de créer et de mémoriser nos propres
aboutissant à beaucoup de retombées. Le domaine                        programmes.
particulier des neurostimulateurs à bénéficié de cette                 Nous avons abouti à une architecture du stimulateur
révolution technologique. L’électro-stimulation des fibres             contenant les parties suivantes :
nerveuses est une technique analgésique qui à fait ces
preuves. Son utilisation date de 1965 à la suite de l’intérêt          [1] Bloc de contrôle ou clavier
soulevé par l’hypothèse dite de «Gate Control » de Wall et
Melzack [blo].                                                         [2] Afficheur numérique
Le principe général de la neurostimulation est de favoriser            [3] Multiplexeur
l'envoi d'un flux nerveux qui va bloquer le passage de la
douleur à un certain endroit en ne lui permettant pas                  [4] Convertisseur analogique numérique.
d’atteindre le cerveau.                                                [5] Compteur
En effet, la stimulation s’effectue sur le cerveau qui est la
partie la plus délicate et la plus complexe d’un être humain.          [6] Gestionnaire de taches (circuit FPGA)
Le but de notre travail est de réaliser un stimulateur anti
douleur évolutif de nerf pour bloquer le passage de la                 [7] Convertisseur numérique analogique.
douleur.                                                               [8] Amplificateur

                                                                   1
[9] Interface Electrode.                                                        3.7 Convertisseur numérique analogique
                                                                                Il sert pour convertir le flux de données digitales en un
Le schéma synoptique du système réalisé est présenté par la
                                                                                signal analogique.
figure1
                                                                                3.8 Amplificateur :
                                                                                Il contient un convertisseur de type tension/courant et
                                                                                l’amplifie dans la plage désirée.
                                                                                Les connexions des différents blocs se font à travers des
                                                          1                     convertisseurs A/N et N/A, les fréquences de stimulation
                                                                                ainsi que les amplitudes correspondantes sont fixés à des
                                                                                         1
                                                                                seuils maximums afin de préserver l’aspect sécurité du
                                                                                patient en cas de défaillance du système.

                                                                                3.9 Interface Electrode
                    Multiplexeur analogique        3                2           L’impulsion atteint le système nerveux périphérique par
                                                                                l’intermédiaire d’électrodes appliquées sur la peau. On
                                                                                dispose de plusieurs types d’électrodes, réutilisables, de
                                                                                formes et de dimensions variables. L’application d’un gel
                                                                                conducteur assure un bon contact entre les électrodes et la
                     CAN A/N                                                    peau et permet d’obtenir une transmission parfaite.
                                                                                Certaines électrodes sont pré enduites de gel adhésif,
                         4                                                      d’autres nécessitent une fixation à l’aide de bandes
                                                                                adhésives. Dans ce système, les impulsions sont produites
                                                                                par des électrodes fixées sur la peau
                          FPGA
                                              6
                                                                                4. PARAMETRES DE STIMULATION
                                                                                L'efficacité de la stimulation semble liée à la charge
                                                                                électrique totale transmise. Celle-ci doit cependant être
                                              Interface Électrode               infra lésionnelle. Les paramètres de l'impulsion à ajouter
                                                                                sont la durée de l'onde, l'intensité et la fréquence. En
 Compteur




                     CAN N/A                                                    électroanalgésie, on classe la stimulation en quatre niveaux
                                                                        9       suivant leurs caractéristiques.
                     7
               Amplificateur                                                    4.1 NIVEAU INFRALIMINAIRE
                                 8
                                                                                    C’est un stimulus non perceptible d’une intensité de
                                                                                l'ordre du micro Ampère habituellement.
    5
            Fig.1 Schéma synoptique du stimulateur évolutif                     4.2 NIVEAU SENSORIEL

3.1 Bloc de contrôle ou clavier                                                         Durée de phase : 2 à 250 us
Il simplifie l’accès à toutes les fonctions                (intensité,                  Durée de l'impulsion: 4 à 500 us
fréquence durée, largeur d’impulsion).                                                  Fréquence: 50 à 200-Hz
                                                                                        Amplitude: Perception sensorielle.
3.2 Afficheur numérique
Il affiche les valeurs des paramètres réglés (intensité,                        4.3 NIVEAU MOTEUR
fréquence durée, largeur d’impulsion)
                                                                                        Durée de phase: 2 à 250 us
3.3 Multiplexeur                                                                        Durée de l'impulsion: 4 à 500 us
 Il reçoit les signaux de sélection du compteur et permet de                            Fréquence: 1à 5 Hz
choisi une information parmi les 5 présentes (intensité,                                Amplitude: seuil de la contraction musculaire.
fréquence, durée, etc.).
                                                                                4.4 NIVEAU DOULOUREUX OU NOCICEPTIF
3.4 Convertisseur analogique numérique
Il converti les paramètres réglés en un signal numérique                                Durée de phase: jusqu'à 0.5 s
                                                                                        Durée de l'impulsion: jusqu'à 1.0 s
3.5 Compteur                                                                            Fréquence: 1 à 5 Hz ou 15 à 200 Hz
 Il fournit les informations de sélection de l’information                              Amplitude: Pour obtenir une             perception
désirée                                                                                  douloureuse
3.6 Gestionnaire de taches (circuit FPGA)
Il contient un générateur de fréquence modulable en
amplitude et en phase en données numériques.

                                                                            2
5. APPLICATION DU NEUROSTIMULATEUR                                   où on limite l'application chez les personnes qui présentent
DE NERF                                                              des difficultés de compréhension de la modulation de la
                                                                     douleur, ou des problèmes de sensibilité. Pour ce qui est des
De nombreux effets physiologiques sont présents lors de              effets néfastes, ils sont plutôt d'ordre dermatologique
la neurostimulation électrique tels que :                            (irritations, allergies). On remarque également mais
          l'augmentation de la circulation et de la                 rarement ou de façon passagère, une augmentation possible
          température locale,                                        de la douleur. Cela pourrait s'expliquer par un changement
          l'augmentation de la circulation lymphatique, et la       du seuil de la douleur du sujet ou une accentuation de la
          contraction musculaire, le stimulateur peut être           réaction inflammatoire.
          utilisé comme thérapeutique dans la plupart des
          types de douleurs localisées, chroniques ou                7. VALEUR AJOUTEE
          aiguës, par excès de nociception et neurogènes
          périphériques [ham]. Son utilisation varie en               Le stimulateur évolutif est programmable; il nous offre un
          fonction de certains paramètres tels que la durée          libre accès à tous les paramètres de stimulation pour chaque
          de l’onde, la fréquence et l’intensité des                 forme du courant.
          impulsions et le site de stimulation. Les études           Nous avons abouti à une architecture globale du stimulateur
          neurophysiologiques ont donné lieu à une                   à base de circuit FPGA. La valeur ajoutée à cet appareil
          différenciation entre deux catégories d’application        réside essentiellement dans sont caractère évolutif. C'est-à-
          du stimulus.                                               dire qu’on a la possibilité de rajouter des formes des
      Applications segmentaires : stimulation dans le               courants à ce stimulateur à tout moment sans faire de
          segment ou territoire douloureux                           changement à son électronique interne (mémoire ROM à
                                                                     reprogrammer).
      Applications extra ou hétéro segmentaires :
     stimulation en dehors de la région douloureuse qui
     consiste en une stimulation à haute fréquence (100 Hz           8. CONCLUSION
     et à faible intensité qui vaut de 2 à 3 fois l’intensité
                                                                         Le principal effet recherché lors d'une utilisation du
     correspondante au seuil de détection absolu). Les
                                                                     stimulateur est le contrôle ou la modulation de la douleur.
     paramètres sont limités à une fréquence de 100hz à 110
                                                                     Il est en effet plus juste de parler de modulation de la
     Hz, une durée d’impulsion d’environ 250µs et une
                                                                     douleur car le stimulateur peut, selon certaines conditions,
     intensité à la limite du tolérable pour le sujet et
                                                                     favoriser un soulagement plus ou moins important sinon
     provoquant une paresthésie maximale de la région
                                                                     complet. De nombreuses études ont évalué l'efficacité du
     stimulée. Le second mode est caractérisé par une
                                                                     stimulateur tant sur la douleur expérimentale que clinique.
     stimulation de forte intensité qui vaut 3 à 5 fois
                                                                     Une vue d'ensemble des résultats dégage un effet
     l’intensité du seuil de détection absolu et de faibles
                                                                     statistiquement significatif de la méthode pour soulager la
     fréquences (2-4 Hz). L’intensité de la stimulation doit
                                                                     douleur. Bon nombre d'études suggèrent cependant, sur des
     être suffisamment intense même douloureuse pour
                                                                     bases statistiques ou non, l'absence de soulagement. Dans le
     provoquer une contraction musculaire à la fréquence
                                                                     domaine clinique c'est lors des douleurs aiguës que l'on
     de l’impulsion. L’application étant nettement
                                                                     retrouve les résultats les plus significatifs comme par
     désagréable, la durée d’exposition doit être réduite à
                                                                     exemple lors de traumatismes de l'appareil musculos
     quelques minutes.
                                                                     squelettique (fractures de côtes, lésions ligamentaires) et
   Une opération de stimulation nécessite les
                                                                     dans les douleurs postopératoires. Les douleurs lors de
   consignes de sécurité suivant:
                                                                     l'accouchement et les douleurs oro-faciales s'avèrent
          Le respect scrupuleux des paramètres et la
                                                                     également de bonnes indications pour une électroanalgésie.
               technique de stimulation voulue,
                                                                         Les résultats sont cependant moins évidents ou moins
          Ne jamais utiliser le stimulateur sous l'eau,             spectaculaires dans les conditions de douleur chronique.
          Ne jamais stimulation pendant le sommeil,                 Cela ne veut pas dire que le stimulateur transcutané de nerf
          Ne jamais stimuler dans la région du cœur                 (TENS) y est sans effet, mais que les résultats sont plus
               (sinus carotidien), ou sur toute autre région         difficiles à obtenir ou à percevoir et que la méthode de
               sans l'indication du thérapeute ou du médecin,        stimulation demande une période d'essai plus longue et des
          Ne pas utiliser sur une région cutanée irritée ou         ajustements plus fréquents. La réalisation d’un
               sur une brûlure,                                      neurostimulateur par l’utilisation des outils électronique
               Arrêter la stimulation quant elle devient            spécifique partie du domaine des applications d’aide à la
               douloureuse ou accentue la douleur                    médecine par l’apport de résultats concrets et efficaces.
                                                                     L’utilisation de l’électricité dans le but de soulager la
6. EFFETS SECONDAIRES                      ET CONTRE                 douleur n’est pas récente. Au début du dernier siècle,
INDICATIONS                                                          l’électrothérapie était déjà connue. On retrouve même, dans
                                                                     l’histoire de l’ancienne Egypte, des traces de l’utilisation de
   Malgré qu'il existe peu d'effets néfastes observés à la           poissons électriques pour le soulagement de la douleur de la
suite de l’utilisation du stimulateur, certaines conditions          goutte.
sont cependant à risque voire même contre-indiquées. C'est
le cas entre autre de la région abdominale chez la femme
enceinte, chez les porteurs du stimulateur cardiaque ou
autres type d'implants électroniques, de la région cardiaque.
Pour des raisons d'ordre technique méthodologique, la
méthode d'électroanalgésie nécessite certaines précautions
                                                                 3
REFERENCES

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[stu] A. Stuart .Hoenig, F. leland Payne, MSEE « How to
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