CH710786A1

CH710786A1 - multichannel system functional electrical stimulation (FES) and measurement of electromyography (EMG).

Info

Publication number: CH710786A1
Application number: CH00262/15A
Authority: CH
Inventors: Brodard Roland
Original assignee: Rb Patents Sàrl
Priority date: 2015-02-26
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-08-31

Abstract

Le système comprend un micro-ordinateur (PC) qui gère la stimulation électrique fonctionnelle (SEF) multicanaux composée de modules de stimulation neuromusculaire électrique combinés avec des modules correspondants de mesure d’électromyogramme. Chaque module est relié au moyen d’une station-service contrôlée par le micro-ordinateur à une paire d’électrodes de surface positionnées sur un muscle donné. Au moyen de la même paire d’électrodes restées à la même position sur le muscle, la mesure de l’électromyogramme du même muscle est effectuée par un module de mesure d’électromyogramme relié à la station-service. Les modules de mesure d’électromyogramme sont gérés par le micro-ordinateur qui enregistre lesdits électromyogrammes.The system includes a microcomputer (PC) that manages the multichannel functional electrical stimulation (SEF) composed of electrical neuromuscular stimulation modules combined with corresponding electromyogram measurement modules. Each module is connected by means of a service station controlled by the microcomputer to a pair of surface electrodes positioned on a given muscle. Using the same pair of electrodes remained at the same position on the muscle, the measurement of the electromyogram of the same muscle is performed by an electromyogram measuring module connected to the service station. The electromyogram measuring modules are managed by the microcomputer that records said electromyograms.

Description

Domaine de l’inventionField of the invention

[0001] Le domaine de l’invention est la stimulation électrique fonctionnelle (SEF) pour l’entraînement de la fonction motrice musculaire et de la mobilité articulaire des membres, supérieurs et inférieurs, notamment pour la réadaptation suite à un handicap moteur ou neuromoteur, tel que par exemple une paraplégie, tétraplégie ou hémiplégie. The field of the invention is the functional electrical stimulation (SEF) for the training of muscle motor function and joint mobility of the upper and lower limbs, particularly for rehabilitation following motor or neuromotor impairment, such as, for example, paraplegia, quadriplegia or hemiplegia.

Etat de la techniqueState of the art

[0002] La stimulation neuromusculaire électrique (neuromuscular electrical stimulation NMES) est une technique bien connue qui utilise des courants électriques pour activer les terminaisons nerveuses innervant un muscle et provoquer sa contraction. Elle est couramment utilisée pour permettre la contraction des muscles paralysés suite à une lésion du système nerveux central, d’origine médullaire pouvant provoquer une paraplégie, ou d’origine cérébrale (accident vasculaire cérébral AVC) pouvant provoquer une hémiplégie ou encore originaire d’autres troubles neuromoteurs. Elle est également utilisée dans le domaine du sport pour l’entraînement des muscles et leur récupération après l’effort. [0002] Neuromuscular electrical stimulation (NMES neuromuscular electrical stimulation) is a well-known technique that uses electric currents to activate the nerve endings innervating a muscle and cause its contraction. It is commonly used to allow the contraction of paralyzed muscles following a lesion of the central nervous system, of medullary origin that can cause paraplegia, or of cerebral origin (stroke stroke) that can cause hemiplegia or even originate from other neuromotor disorders. It is also used in the field of sport for training muscles and their recovery after exercise.

[0003] Il faut distinguer fondamentalement deux types de stimulation neuromusculaire électrique: [0003] Two fundamental types of electrical neuromuscular stimulation must be distinguished fundamentally:

[0004] Le premier type de stimulation, la plus communément utilisée, dite «classique», par laquelle les différents paramètres de stimulation programmés sont purement et simplement imposés à un muscle, avec une absence totale de rétrocontrôle (rétroaction) de l’activité musculaire ainsi provoquée. Il en résulte de fait une contraction isométrique du muscle qui se contracte mais ne se raccourcit pas, ne provoquant dès lors pas de mouvement articulaire. The first type of stimulation, the most commonly used, called "classical", whereby the various programmed stimulation parameters are simply imposed on a muscle, with a total absence of feedback (feedback) of muscle activity thus provoked. This results in an isometric contraction of the muscle that contracts but does not shorten, thus causing no joint movement.

[0005] La plupart des stimulateurs concernés ne proposent que quelques canaux de sortie, usuellement de deux à quatre canaux, autrement dit de deux à quatre paires d’électrodes. Most of the stimulators concerned only offer a few output channels, usually two to four channels, in other words two to four pairs of electrodes.

[0006] Le second type de stimulation est la «stimulation électrique fonctionnelle SEF» qui est spécifiquement adaptée à la production de contractions musculaires dynamiques, qui génèrent des mouvements articulaires des membres. Il convient ici de remarquer que le terme «fonctionnel» est fréquemment galvaudé, car il est le plus souvent appliqué-de manière abusive à une stimulation «classique» telle que définie ci-dessus, quelque peu améliorée par des contacts de commande à distance en «tout ou rien» (en anglais «remote control»). The second type of stimulation is the "functional electrical stimulation SEF" which is specifically adapted to the production of dynamic muscle contractions, which generate articular movements of the limbs. It should be noted here that the term "functional" is frequently overused, since it is most often applied in an abusive manner to a "classical" stimulation as defined above, somewhat improved by remote control contacts. "All or nothing" (in English "remote control").

[0007] En effet les premiers dispositifs commercialisés en tant que SEF étaient destinés à éviter la chute de l’avant-pied par stimulation du nerf sciatique poplité externe pendant la marche, notamment chez l’hémiplégique. Dans ce cas, un interrupteur, situé à l’extrémité du talon de la chaussure controlatérale, activait un stimulateur porté par l’utilisateur. Indeed, the first devices marketed as SEF were intended to prevent the fall of the forefoot by stimulation of the external popliteal sciatic nerve during walking, especially in the hemiplegic. In this case, a switch, located at the end of the heel of the contralateral shoe, activated a stimulator worn by the user.

[0008] En fait, le terme SEF devrait être réservé à une stimulation électrique multicanaux, rétrocontrôlée en boucle fermée en temps réel, destinée à réaliser et contrôler tous les mouvements articulaires physiologiques des membres. A titre d’exemple un dispositif de ce type destiné à l’entraînement des membres inférieurs a été réalisé (brevet EP 1 387 712 B1 et US Patent 7,381,192 B2). [0008] In fact, the term SEF should be reserved for a multichannel electrical stimulation, feedback controlled in closed loop in real time, intended to achieve and control all the physiological joint movements of the limbs. By way of example, a device of this type intended for driving the lower limbs has been produced (patent EP 1 387 712 B1 and US Patent 7,381,192 B2).

[0009] L’électromyographie (EMG) est une technique médicale, bien connue qui permet d’enregistrer les potentiels électriques émis par un muscle lors de sa contraction volontaire. Cela est permis par la réalisation de deux types d’EMG, soit d’une EMG de surface, soit d’une EMG invasive. [0009] Electromyography (EMG) is a well-known medical technique that records the electrical potentials emitted by a muscle during its voluntary contraction. This is achieved by performing two types of EMG, either surface EMG or invasive EMG.

[0010] L’EMG de surface donne accès à tous les muscles assez superficiels. Lors d’une contraction faible, on observe quelques potentiels d’unités motrices battant à basse fréquence. Lors d’une contraction plus forte, on observe un phénomène de recrutement temporel et spatial. Cela correspond à un plus grand nombre d’unités motrices activées. The surface EMG gives access to all rather superficial muscles. During a weak contraction, we observe some potentials of motor units flying at low frequency. During a stronger contraction, we observe a phenomenon of temporal and spatial recruitment. This corresponds to a larger number of activated motor units.

[0011] Plus l’effort est important, plus ces dernières battent à une fréquence élevée. Finalement l’amplitude de l’EMG est proportionnelle à la force de contraction délivrée par le muscle. The greater the effort, the more the latter beat at a high frequency. Finally, the amplitude of the EMG is proportional to the contraction force delivered by the muscle.

[0012] L’utilisation de l’EMG pour contrôler une stimulation musculaire électrique est bien connue et utilisée depuis une quarantaine d’années (Hansen, G.v.O.: EMG-Controlled functional electrical stimulation of the paretic hand, in: Scand. J. Rehab. Med. 11: 189–193, 1979). A la même époque un appareil proposant une stimulation neuromusculaire contrôlée par l’EMG a été commercialisé sous le nom d’Automove AM 706, dont la version actuelle est Automove AM 800. Un autre appareil semblable est actuellement commercialisé sous le nom de Stiwell med4. Cependant, tous les appareils connus, utilisant l’EMG pour contrôler une stimulation électrique d’un muscle donné nécessitent de placer sur ledit muscle soit cinq électrodes différentes et spécifiques, dont deux électrodes pour la stimulation électrique et trois électrodes pour l’EMG, soit une combinaison d’au moins trois électrodes, dont deux électrodes actives pour la stimulation et pour la mesure EMG et une électrode de référence mise à la masse et à la terre. The use of EMG to control electrical muscle stimulation has been well known and used for about forty years (Hansen, GvO: EMG-Controlled Functional Electrical Stimulation of the Paretic Hand, in: J. Rehab J.) Med 11: 189-193, 1979). At the same time a device offering EMG-controlled neuromuscular stimulation has been marketed under the name Automove AM 706, whose current version is Automove AM 800. Another similar device is currently marketed under the name Stiwell med4. However, all known devices using EMG to control electrical stimulation of a given muscle require placing on said muscle either five different and specific electrodes, including two electrodes for electrical stimulation and three electrodes for EMG, or a combination of at least three electrodes, including two active electrodes for stimulation and for EMG measurement and a reference electrode grounded and grounded.

[0013] Ces exigences présentent des inconvénients qui sont encore grandement aggravés par la répétition et la multiplicité de ces exigences dans un système multicanaux. These requirements have drawbacks that are further greatly aggravated by the repetition and multiplicity of these requirements in a multichannel system.

[0014] Il demeure ainsi la nécessité d’améliorer les systèmes et méthodes proposés, pour faciliter et simplifier la tâche de l’opérateur du système, tout en garantissant une solution totalement fiable pour un muscle donné de la combinaison stimulation électrique fonctionnelle SEF avec la mesure EMG de ce muscle. There remains the need to improve the proposed systems and methods, to facilitate and simplify the task of the system operator, while ensuring a completely reliable solution for a given muscle of the SEF functional electrical stimulation combination with the EMG measurement of this muscle.

[0015] Un objectif de l’invention est de pouvoir utiliser la même unique paire d’électrodes placées sur un muscle donné pour la stimulation électrique de ce muscle et pour effectuer un électromyogramme dudit muscle. An object of the invention is to be able to use the same single pair of electrodes placed on a given muscle for the electrical stimulation of this muscle and to perform an electromyogram of said muscle.

[0016] Un autre objectif de l’invention consiste à n’exiger de l’opérateur qu’un unique placement d’électrodes autoadhésives sur les muscles, tout en obtenant avec ces mêmes électrodes la stimulation du muscle et son électromyogramme. Another object of the invention is to require the operator a single placement of self-adhesive electrodes on the muscles, while obtaining with these same electrodes stimulation of the muscle and electromyogram.

[0017] La réalisation des deux objectifs décrits ci-dessus permet de surmonter les inconvénients décrits précédemment. Achieving the two objectives described above overcomes the disadvantages described above.

Description de l’inventionDescription of the invention

[0018] La présente invention concerne un système comprenant un micro-ordinateur (PC) qui gère la stimulation électrique fonctionnelle (SEF) multicanaux composée de modules de stimulation neuromusculaire électrique combinés avec des modules correspondants de mesure d’électromyogramme. Chaque module est relié au moyen d’une station-service contrôlée par le micro-ordinateur à une paire d’électrodes de surface positionnées sur un muscle donné. Au moyen de la même paire d’électrodes restées à la même position sur le muscle la mesure de l’électromyogramme du même muscle est effectuée par un module de mesure d’électromyogramme relié à la station-service. Les modules de mesure d’électromyogramme sont gérés par le micro-ordinateur qui enregistre lesdits électromyogrammes. The present invention relates to a system comprising a microcomputer (PC) that manages the multichannel functional electrical stimulation (SEF) composed of electrical neuromuscular stimulation modules combined with corresponding electromyogram measurement modules. Each module is connected by means of a service station controlled by the microcomputer to a pair of surface electrodes positioned on a given muscle. Using the same pair of electrodes remained at the same position on the muscle measurement of the electromyogram of the same muscle is performed by an electromyogram measuring module connected to the service station. The electromyogram measuring modules are managed by the microcomputer that records said electromyograms.

[0019] La mobilisation des membres, notamment en extension et/ou en flexion, nécessite une mobilisation coordonnée de toutes les articulations impliquées du membre concerné. Cette mobilisation est essentiellement assurée par les muscles superficiels, qui sont également ceux qui peuvent être efficacement électrostimulés par des électrodes transcutanées de surface appliquées sur ces muscles et ces mêmes muscles peuvent également délivrer des électromyogrammes de surface (SEMG). L’avantage majeur de cette technique de surface est d’être rigoureusement non invasive. Elle se prête ainsi de manière élective à la réadaptation fonctionnelle de ces muscles et de leur capacité motrice. The mobilization of the limbs, particularly in extension and / or flexion, requires a coordinated mobilization of all the involved joints of the member concerned. This mobilization is essentially provided by the superficial muscles, which are also those that can be efficiently electrostimulated by transcutaneous surface electrodes applied to these muscles and these same muscles can also deliver surface electromyograms (SEMG). The major advantage of this surface technique is to be strictly non-invasive. It thus lends itself electively to the functional rehabilitation of these muscles and their motor capacity.

[0020] L’intérêt de la mesure et de l’enregistrement des électromyogrammes de ces muscles est double, d’une part l’électromyographie de ces muscles permet d’évaluer de manière fiable le degré d’innervation motrice de ces muscles. L’innervation motrice des muscles est réalisées par les nerfs moteurs périphériques, dits motoneurones alpha, issus de la moelle épinière et qui s’insèrent dans un muscle au niveau de la plaque motrice, dite également point moteur. The interest of measuring and recording electromyograms of these muscles is double, firstly the electromyography of these muscles can reliably assess the degree of motor innervation of these muscles. The motor innervation of the muscles is carried out by the peripheral motor nerves, so-called alpha motor neurons, originating from the spinal cord and which fit into a muscle at the level of the motor plate, also called the motor point.

[0021] Quand un muscle est totalement paralysé en l’absence totale d’influx nerveux distribué par ses motoneurones alpha, le tracé de son électromyogramme reste plat, proche de zéro. En cas de présence d’un influx nerveux partiel, on observe quelques potentiels d’unités motrices battant à basse fréquence et provoquant une faible contraction. Quand l’influx nerveux disponible augmente, on observe un phénomène de recrutement spatial et temporel, qui correspond à un plus grand nombre d’unités motrices activées provoquant une contraction plus forte. Et plus grande est la fréquence de battement des unités motrices activées plus forte sera la contraction développée par un muscle donné. Il en résulte que l’amplitude de l’EMG mesurée est proportionnelle à la force de contraction délivrée par le muscle. D’autre part, la séquence d’activation des muscles impliqués et leur durée respective d’activation pour l’exécution correcte d’un mouvement donné, est en parfaite corrélation avec l’enregistrement en fonction du temps des électromyogrammes spécifiques de chacun des muscles impliqués. Il en résulte que la séquence et la durée des électromyogrammes des muscles impliqués dans un mouvement donné reflètent directement et fidèlement la programmation séquentielle musculaire de l’intervention des muscles impliqués dans un mouvement donné. Cette séquence et durée des électromyogrammes peuvent donc être utilisées valablement pour la programmation d’un mouvement donné et notamment pour la programmation de la stimulation électrique fonctionnelle SEF. When a muscle is totally paralyzed in the total absence of nerve impulses distributed by its alpha motor neurons, the pattern of its electromyogram remains flat, close to zero. In the presence of a partial nerve impulse, we observe some potentials of motor units beating at low frequency and causing a weak contraction. When the available nerve impulse increases, a phenomenon of spatial and temporal recruitment is observed, which corresponds to a greater number of activated motor units causing a stronger contraction. And the greater the beat frequency of the activated motor units the stronger the contraction developed by a given muscle. As a result, the amplitude of the measured EMG is proportional to the contraction force delivered by the muscle. On the other hand, the activation sequence of the muscles involved and their respective duration of activation for the correct execution of a given movement is perfectly correlated with the recording as a function of time of the electromyograms specific to each of the muscles. involved. As a result, the sequence and duration of the electromyograms of the muscles involved in a given movement directly and faithfully reflect the sequential muscular programming of the intervention of the muscles involved in a given movement. This sequence and duration of the electromyograms can therefore be used validly for the programming of a given movement and in particular for the programming of the functional electrical stimulation SEF.

[0022] A titre d’exemple, la mobilisation globale d’un membre inférieur comprenant l’extension et/ou flexion de ses trois articulations, hanche, genou et cheville, peut être accomplie par la stimulation électrique fonctionnelle SEF de la manière suivante: Articulation de la hanche, flexion par une paire d’électrodes placée sur le muscle droit antérieur, extension par deux paires d’électrodes placées sur les muscles ischio-jambiers et une paire d’électrodes placées sur le muscle grand fessier. Ce qui nécessite un total de quatre paires d’électrodes. Articulation du genou, flexion par les deux paires d’électrodes placées sur les muscles ischio-jambiers et extension par deux paires d’électrodes, une paire placée sur le muscle vaste externe et l’autre paire placée sur le muscle vaste interne. Ce qui nécessite deux paires d’électrodes complémentaires. For example, the global mobilization of a lower limb comprising the extension and / or flexion of its three joints, hip, knee and ankle, can be accomplished by functional electrical stimulation SEF as follows: Hip joint, bending by a pair of electrodes placed on the right anterior muscle, extension by two pairs of electrodes placed on the hamstrings and a pair of electrodes placed on the gluteus maximus muscle. This requires a total of four pairs of electrodes. Articulation of the knee, flexion by the two pairs of electrodes placed on the hamstrings and extension by two pairs of electrodes, a pair placed on the vastus muscle and the other pair placed on the vastus internal muscle. This requires two pairs of complementary electrodes.

[0023] Articulation de la cheville, flexion dorsale par une paire d’électrodes placée sur le muscle jambier antérieur, et flexion plantaire (extension du pied) par deux paires d’électrodes, une paire placée sur le muscle jumeau externe et une paire placée sur le muscle jumeau interne. Ce qui nécessite trois paires d’électrodes complémentaires. Articulation of the ankle, dorsal flexion by a pair of electrodes placed on the anterior tibialis muscle, and plantar flexion (extension of the foot) by two pairs of electrodes, a pair placed on the outer twin muscle and a pair placed on the internal twin muscle. Which requires three pairs of complementary electrodes.

[0024] Le constat est que la mobilisation globale du membre inférieur en extension et/ou flexion nécessite au moins neuf paires d’électrodes par membre. Ainsi la mobilisation globale des deux membres inférieurs nécessite au moins dix-huit paires d’électrodes. The finding is that the global mobilization of the lower limb in extension and / or flexion requires at least nine pairs of electrodes per limb. Thus the global mobilization of the two lower limbs requires at least eighteen pairs of electrodes.

[0025] Il en résulte que pour accomplir la mobilisation globale des deux membres inférieurs, il faut pouvoir disposer d’un système de stimulation électrique fonctionnelle SEF multicanaux doté d’au moins dix-huit canaux de sortie et par conséquent d’autant de canaux de mesure et d’enregistrement EMG. It follows that to accomplish the global mobilization of the two lower limbs, it is necessary to have a functional electrical stimulation system SEF multichannel with at least eighteen output channels and therefore as many channels measuring and recording EMG.

[0026] Un objectif de la présente invention est la description, à titre d’exemple, d’un système programmable modulaire multicanaux de stimulation électrique fonctionnelle (SEF), combiné à un système modulaire multicanaux correspondant de mesure d’électromyogramme (EMG), utilisant pour chaque canal de stimulation SEF/mesure EMG, la même et unique paire d’électrodes avec le même positionnement sur le muscle. Chaque électrode incorpore une micropuce électronique d’identification et d’authentification. An object of the present invention is the description, by way of example, of a modular programmable multi-channel functional electrical stimulation system (SEF), combined with a corresponding multichannel modular electromyogram measurement system (EMG), using for each SEF stimulation channel / EMG measurement, the same and unique pair of electrodes with the same positioning on the muscle. Each electrode incorporates an electronic identification and authentication microchip.

Description détailléedetailed description

[0027] En référence à la Fig. 1 qui montre, à titre d’exemple de réalisation, le schéma-bloc d’un système selon la présente invention décrit ci-après. [0027] With reference to FIG. 1 which shows, by way of example embodiment, the block diagram of a system according to the present invention described hereinafter.

[0028] Un micro-ordinateur 1 est l’unité centrale de programmation, de traitement des données et de contrôle de l’ensemble du système multicanaux. Ce micro-ordinateur est connecté avec différents modules ou unités décrits ci-après, au moyen, par exemple, d’une liaison série RS232 ou RS485, chaque module et unité étant reconnu et identifié par son adresse spécifique. A microcomputer 1 is the central unit for programming, data processing and control of the entire multi-channel system. This microcomputer is connected with different modules or units described below, by means of, for example, an RS232 or RS485 serial link, each module and unit being recognized and identified by its specific address.

[0029] Le micro-ordinateur 1 est connecté avec au moins un module de stimulation neuromusculaire électrique 2. Ce module de stimulation neuromusculaire, contrôlé par le micro-ordinateur, contient au moins une source de courant dont le canal de sortie est flottant, c’est-à-dire que ledit canal est isolé galvaniquement de tout autre circuit électrique ou électronique, ainsi que de la masse et de la terre. Cette isolation galvanique (sortie flottante) est également primordiale entre les différents canaux de sortie du système multicanaux pour éviter toute interaction électrique intracorporelle entre les canaux en activité. Chaque module de stimulation 2 délivre des impulsions de courant constant biphasique d’une durée programmable de 50 à 500 us. Le courant de sortie programmable est ajustable en continu de 0 à 100 mA sur une charge de 2200 ohms, charge usuellement admise pour la stimulation neuromusculaire, ce qui définit une tension de sortie maximale de 220V. Chaque canal de sortie d’un module de stimulation 2 est connecté à une unité de station-service 5, décrite plus loin, chargée de la gestion d’une paire d’électrodes 6 et 7. The microcomputer 1 is connected with at least one electrical neuromuscular stimulation module 2. This neuromuscular stimulation module, controlled by the microcomputer, contains at least one current source whose output channel is floating, c that is, said channel is galvanically isolated from any other electrical or electronic circuit, as well as ground and earth. This galvanic isolation (floating output) is also essential between the various output channels of the multichannel system to avoid any intracorporeal electrical interaction between the active channels. Each stimulation module 2 delivers two-phase constant current pulses with a programmable duration of 50 to 500 μs. The programmable output current is infinitely adjustable from 0 to 100 mA on a load of 2200 ohms, usually accepted for neuromuscular stimulation, which defines a maximum output voltage of 220V. Each output channel of a stimulation module 2 is connected to a service station unit 5, described below, responsible for the management of a pair of electrodes 6 and 7.

[0030] Le micro-ordinateur 1 est également connecté avec au moins un module de mesure EMG 3 dont le canal d’entrée de mesure est connecté à l’unité de station-service 5. Chaque module de mesure EMG contient au moins un amplificateur opérationnel différentiel. En effet, la mesure EMG entre une paire d’électrodes ne s’étend que de quelques microvolts à 2–3 millivolts, exceptionnellement à 5 millivolts chez des athlètes. Il en résulte que ce signal initial doit être amplifié par un facteur d’amplification de l’ordre de 1000 avant de pouvoir être pris en charge par un système de traitement de signaux EMG, dans le cas présent le micro-ordinateur 1. The microcomputer 1 is also connected with at least one EMG measurement module 3 whose measurement input channel is connected to the service station unit 5. Each EMG measurement module contains at least one amplifier differential operational. Indeed, the EMG measurement between a pair of electrodes ranges from a few microvolts to 2-3 millivolts, exceptionally to 5 millivolts in athletes. As a result, this initial signal must be amplified by an amplification factor of the order of 1000 before it can be supported by an EMG signal processing system, in this case the microcomputer 1.

[0031] Le micro-ordinateur 1 est également connecté avec au moins une unité de station-service 5 qui gère au moins une paire d’électrodes 6 et 7. Le fonctionnement détaillé de dite station-service sera décrit plus loin. The microcomputer 1 is also connected with at least one service station unit 5 which manages at least one pair of electrodes 6 and 7. The detailed operation of said service station will be described later.

[0032] Le micro-ordinateur 1 est également connecté avec au moins une unité de gestion et de contrôle 4 des micropuces électroniques d’identification et d’authentification incorporées aux électrodes 6 et 7. Ladite unité qui contient des moyens de gérer et de contrôler, au moyen d’une transmission de données cryptées de type monofilaire lesdites micropuces électroniques, est connectée à la station-service 5. Le fonctionnement détaillé de ce dispositif sera décrit plus loin. The microcomputer 1 is also connected with at least one management and control unit 4 of the electronic identification and authentication microchips incorporated in the electrodes 6 and 7. Said unit which contains means for managing and controlling by means of a transmission of encrypted data of monofilar type said electronic microchips, is connected to the service station 5. The detailed operation of this device will be described later.

[0033] Le micro-ordinateur 1 est encore connecté avec une unité de gestion et de contrôle 10 d’une paire d’électrodes de référence 8 et 9 du système EMG mises à la masse de ce système. Le fonctionnement détaillé de dite unité 10 sera décrit plus loin. The microcomputer 1 is still connected with a management and control unit 10 of a pair of reference electrodes 8 and 9 of the EMG system grounded to this system. The detailed operation of said unit 10 will be described later.

[0034] En référence à la Fig. 2 qui montre, à titre d’exemple de réalisation, le schéma-bloc fonctionnel de la station-service 5 selon la présente invention. La station-service 5 contient des moyens de commutation 17 et 18 d’au moins une paire d’électrodes 6 et 7. Lesdits moyens de commutation peuvent être avantageusement des relais de type «reed relai», c’est-à-dire des relais à lames souples, dont les contacts sont enfermés dans une capsule de verre qui contient du diazote en général. Les avantages de ce type de relais sont leur très grande fiabilité et longue durée de vie de l’ordre de 10 millions de cycles ouverture/fermeture, associées à une très faible résistance de contact négligeable en position fermée et l’absence de tout courant de fuite en position ouverte des contacts. Bien entendu tout autre moyen de commutation adéquat mécanique et/ou électrique et/ou électronique peut être utilisé sans sortir du cadre de la présente invention. A l’état de repos, les moyens de commutation 17 et 18 connectent les fils conducteurs électriques 14 de la paire d’électrodes 6 et 7 avec le module de stimulation neuromusculaire électrique 2 ce qui permet l’électrostimulation du muscle placé sous la paire d’électrodes 6 et 7. [0034] With reference to FIG. 2 which shows, by way of example embodiment, the functional block diagram of the service station 5 according to the present invention. The service station 5 contains switching means 17 and 18 of at least one pair of electrodes 6 and 7. Said switching means may advantageously be relays of the "reed relay" type, that is to say flexible blade relays, whose contacts are enclosed in a glass capsule which contains nitrous oxide in general. The advantages of this type of relay are their very high reliability and long life of the order of 10 million opening / closing cycles, associated with a very low negligible contact resistance in the closed position and the absence of any current. leakage in the open position of the contacts. Of course, any other suitable mechanical and / or electrical and / or electronic switching means may be used without departing from the scope of the present invention. In the idle state, the switching means 17 and 18 connect the electrical conductor wires 14 of the pair of electrodes 6 and 7 with the electrical neuromuscular stimulation module 2, which allows the electrostimulation of the muscle placed under the pair of electrodes. electrodes 6 and 7.

[0035] Quand la même paire d’électrodes 6 et 7 doit être utilisée pour effectuer une mesure de l’électromyogramme du même muscle, le module de stimulation neuromusculaire électrique 2 cesse toute activité. When the same pair of electrodes 6 and 7 must be used to perform a measurement of the electromyogram of the same muscle, the electrical neuromuscular stimulation module 2 ceases all activity.

[0036] Puis dans un premier temps, au moyen de l’élément de commutation 19 et de leurs fils conducteurs électriques 14, les électrodes 6 et 7 sont simultanément mises en cours circuit et à la masse du dispositif. Cette action permet d’éliminer l’inconvénient majeur qu’après une séquence d’impulsions de stimulation à courant constant biphasique, il subsiste au niveau des électrodes placées sur la peau une tension résiduelle qui peut atteindre une valeur d’une dizaine de volts. Comme la tension mesurée en provenance du même muscle pour effectuer son électromyogramme ne s’étend que de quelques microvolts à quelques millivolts, il est nécessaire au préalable d’éliminer cette tension résiduelle par l’action décrite ci-dessus de mise en cours circuit et à la masse de la paire d’électrodes concernée. Les gaines métalliques de blindage 16 des câbles des électrodes 6 et 7 sont mises à la masse de la circuiterie électrique de la station-service 5. Then, in a first step, by means of the switching element 19 and their electrical conductor wires 14, the electrodes 6 and 7 are simultaneously put into circuit and grounded device. This action makes it possible to eliminate the major disadvantage that after a sequence of two-phase constant current stimulation pulses, there remains at the level of the electrodes placed on the skin a residual voltage which can reach a value of ten volts. Since the measured voltage coming from the same muscle to carry out its electromyogram extends only from a few microvolts to a few millivolts, it is necessary first of all to eliminate this residual voltage by the action described above of setting circuit and to the mass of the pair of electrodes concerned. The metal shielding sheaths 16 of the cables of the electrodes 6 and 7 are grounded to the electrical circuitry of the service station 5.

[0037] Ladite action, momentanée, de mise en cours circuit et à la masse de la paire d’électrodes concernée ayant été dûment effectuée, elle est interrompue par le retour en position de repos de l’élément de commutation 19 et les moyens de commutation 17 et 18 sont activés commutant dès lors les fils conducteurs électriques 14 des électrodes 6 et 7 pour les mettre en connexions avec le module de mesure EMG 3 permettant ainsi la mesure et l’enregistrement de l’électromyogramme du muscle au moyen de la même paire d’électrodes 6 et 7 restées à la même position. Said action, momentary, setting circuit and the ground of the pair of electrodes concerned having been duly performed, it is interrupted by the return to the rest position of the switching element 19 and the means of switching 17 and 18 are switched on thereby switching the electrically conductive wires 14 of the electrodes 6 and 7 to make them in connection with the measuring module EMG 3 thus allowing measurement and recording of the electromyogram of the muscle by means of the same pair of electrodes 6 and 7 remained at the same position.

[0038] La station-service 5 connecte les fils conducteurs électriques monofilaires 15 des micropuces 13 des électrodes 6 et 7 avec l’unité de gestion et de contrôle 4 desdites micropuces. Le système comprenant l’unité unité de gestion et de contrôle 4 et les micropuces 13 constitue un système maître-esclave, où le maître est l’unité 4 et l’esclave est la micropuce 13. Dans ce système, la micropuce 13 d’identification et d’authentification contient notamment un élément de mémoire morte effaçable électriquement, ou par tout autre moyen, et programmable par l’utilisateur permettant de stocker de manière non volatile des données d’application et des moyens de protection supplémentaire de la mémoire qui maintiennent un secret de lecture protégé et des réglages des paramètres de la mémoire par l’utilisateur. The service station 5 connects the monofilar electrical conductors wires 15 of the microchips 13 of the electrodes 6 and 7 with the management and control unit 4 of said microchips. The system comprising the management and control unit 4 and the microchips 13 constitutes a master-slave system, where the master is the unit 4 and the slave is the microchip 13. In this system, the identification and authentication microchip 13 contains in particular an electrically erasable, or by any other means, user-programmable read-only memory element enabling non-volatile storage of application data and data. additional memory protection means which maintain a protected reading secret and settings of the memory parameters by the user.

[0039] Ce système maître-esclave intègre des solutions de sécurité qui protègent des données sensibles sous de multiples couches de sécurité physique avancée pour fournir la clé de stockage de données la plus sûre possible. L’unité maître 4 contient un coprocesseur SHA-256 incorporant une fonction maître monofilaire qui fournit la fonctionnalité SHA-256 et la mémoire nécessaires à un tel système hôte pour communiquer de manière cryptée avec un esclave monofilaire SHA-256, tel que par exemple la micropuce 13 et exploiter cette dernière. This master-slave system integrates security solutions that protect sensitive data under multiple layers of advanced physical security to provide the safest data storage key possible. The master unit 4 contains a SHA-256 coprocessor incorporating a monofilar master function which provides the SHA-256 functionality and memory necessary for such a host system to communicate in encrypted manner with a SHA-256 monofilar slave, such as for example the microchip 13 and exploit it.

[0040] En référence de nouveau à la Fig. 1 , il est montré une unité de gestion et de contrôle 10 d’une paire d’électrodes de référence 8 et 9 du système de mesure EMG mise à la masse de ce système. La mesure fiable et précise d’un électromyogramme exige que le circuit électronique de mesure d’un électromyogramme soit mis à la masse. Dans un système multicanaux, il n’est pas nécessaire que chaque canal de mesure soit mis à la masse, il suffit qu’une électrode neutre de référence par personne soit mise à la masse sur une surface du corps non concernée électriquement mais pas trop éloignée du premier site de mesure EMG. Une position dorsale, sur le bas des reins par exemple peut être une surface adéquate. A cet effet, l’utilisation d’une paire d’électrodes de référence peut s’avérer avantageuse permettant une mesure facilitée de l’impédance électrique du circuit d’électrodes. [0040] Referring again to FIG. 1, there is shown a management and control unit 10 of a pair of reference electrodes 8 and 9 of the grounded EMG measuring system of this system. The reliable and accurate measurement of an electromyogram requires that the electronic measuring circuit of an electromyogram be grounded. In a multichannel system, it is not necessary for each measuring channel to be grounded, it is sufficient for one reference neutral electrode per person to be grounded on a surface of the body not electrically concerned but not too far away. of the first EMG measurement site. A dorsal position, on the lower kidneys for example may be a suitable surface. For this purpose, the use of a pair of reference electrodes may prove to be advantageous, allowing a facilitated measurement of the electrical impedance of the electrode circuit.

[0041] Cette mesure de l’impédance électrique d’une paire d’électrodes est d’une grande importance. Usuellement les électrodes transcutanées de surface autoadhésives sont des électrodes destinées à un usage répété d’une séance de traitement à l’autre. Cependant la durée de vie de ces électrodes est limitée par une dégradation progressive de leurs caractéristiques mécaniques, par exemple de leur capacité d’adhésion, et surtout électrique par altération de leur conductivité et l’augmentation de leur impédance. Ainsi après un certain nombre d’applications les électrodes ne remplissent plus les exigences mécaniques et électriques propres à assumer leur application conforme dans un système donné. Elles sont alors hors d’usage et doivent être jetées. This measurement of the electrical impedance of a pair of electrodes is of great importance. Usually the self-adhesive transcutaneous surface electrodes are electrodes for repeated use from one treatment session to another. However, the life of these electrodes is limited by a gradual degradation of their mechanical characteristics, for example their adhesion capacity, and especially electrical by altering their conductivity and increasing their impedance. Thus, after a certain number of applications, the electrodes no longer fulfill the mechanical and electrical requirements necessary to assume their correct application in a given system. They are then out of order and must be discarded.

[0042] Il en résulte tout l’intérêt de pouvoir mesurer notamment l’impédance du circuit électrique d’une paire d’électrodes placées sur la peau au-dessus d’un muscle pour s’assurer que l’impédance mesurée reste dans la norme d’utilisation du système donné. This results in the advantage of being able to measure in particular the impedance of the electrical circuit of a pair of electrodes placed on the skin above a muscle to ensure that the measured impedance remains in the standard of use of the given system.

[0043] Dans cet objectif, l’unité de gestion et de contrôle 10 de la paire d’électrodes de référence 8 et 9 du système de mesure EMG contient une source de courant qui fournit un signal test de courant constant à la paire d’électrodes placée sur la peau. Lorsque ce courant est appliqué à la paire d’électrodes il induit une tension, en. accord avec les propriétés physiques de l’interface électrodes tissu biologique et du tissu biologique traversé par le courant entre les électrodes. Cette tension peut être mesurée et la valeur d’impédance peut être ainsi mesurée selon la loi d’Ohm: Z = V/l. For this purpose, the management and control unit 10 of the pair of reference electrodes 8 and 9 of the EMG measuring system contains a current source which supplies a constant current test signal to the pair of electrodes. electrodes placed on the skin. When this current is applied to the pair of electrodes it induces a voltage, in. accord with the physical properties of the biological tissue electrode interface and biological tissue traversed by the current between the electrodes. This voltage can be measured and the impedance value can thus be measured according to Ohm's law: Z = V / 1.

[0044] Il en est de même pour toutes les paires d’électrodes actives 6 et 7. Chaque module de stimulation neuromusculaire électrique (2) contenant une source de courant qui fournit des impulsions de courant constant biphasique d’une durée programmable de 50 à 500 us destinées à la stimulation neuromusculaire, peut également fournir un signal test de courant constant à la paire d’électrodes placée sur un muscle donné et permettre de la sorte une mesure d’impédance de dite paire d’électrodes 6 et 7 identique à la mesure décrite pour la paire d’électrodes 8 et 9. It is the same for all pairs of active electrodes 6 and 7. Each electrical neuromuscular stimulation module (2) containing a current source that provides biphasic constant current pulses with a programmable duration of 50 to 500 us for neuromuscular stimulation, can also provide a constant current test signal to the pair of electrodes placed on a given muscle and thereby allow an impedance measurement of said pair of electrodes 6 and 7 identical to the described for electrode pair 8 and 9.

[0045] En référence à la Fig. 3 qui montre, à titre d’exemple de réalisation, une coupe transversale d’une électrode transcutanée de surface 20 incorporant une micropuce électronique 13, dite électrode est généralement composée d’au moins un élément flexible conducteur électrique 11 chargé de répartir le courant uniformément sur toute sa surface et dont la face inférieure est généralement enduite d’un hydrogel autoadhésif conducteur. [0045] With reference to FIG. 3 which shows, as an exemplary embodiment, a cross section of a transcutaneous surface electrode 20 incorporating an electronic microchip 13, said electrode is generally composed of at least one flexible electrical conductive element 11 responsible for distributing the current uniformly all over its surface and whose underside is usually coated with a self-adhesive conductive hydrogel.

[0046] Une extrémité d’un fil conducteur électrique 14, contenu dans un câble d’électrode 21, est mis en contact avec la face supérieure de l’élément flexible 11. An end of an electrical conductor wire 14 contained in an electrode cable 21 is brought into contact with the upper face of the flexible element 11.

[0047] Un élément de circuit imprimé flexible 12 est placé avec sa face isolée sur l’élément flexible conducteur 11, alors que sa face supérieure imprimée est munie de deux surfaces de contacts distinctes. L’une de ces surfaces est mise en contact avec une extrémité du fil conducteur électrique 15, contenu dans le câble d’électrode 21, tandis que la deuxième surface est mise en contact avec l’extrémité de la gaine de blindage 16 du câble d’électrode 21. Une micropuce électronique monofilaire 13 avec mise à la masse est placée sur l’élément de circuit imprimé flexible 12, de telle sorte que son contact actif soit en contact avec la première surface connectée au fil conducteur électrique 15 et que son contact de masse soit en contact avec la deuxième surface connectée à la gaine de blindage 16 du câble d’électrode 21. A flexible printed circuit element 12 is placed with its insulated face on the flexible conductive element 11, while its printed upper face is provided with two distinct contact surfaces. One of these surfaces is brought into contact with one end of the electrical conductor wire 15, contained in the electrode cable 21, while the second surface is brought into contact with the end of the shielding sheath 16 of the electrical cable. electrode 21. A monofilar electronic microchip 13 with ground is placed on the flexible printed circuit element 12, such that its active contact is in contact with the first surface connected to the electrical conductor wire 15 and that its ground contact is in contact. contact with the second surface connected to the shielding sheath 16 of the electrode cable 21.

[0048] Un élément flexible non conducteur et isolant 22 recouvre en totalité la face supérieure de l’élément flexible conducteur 11, auquel il peut être lié par tout adhésif adéquat. Cet élément flexible non conducteur recouvre également et encapsule étroitement la micropuce 13 et ses éléments de connexion 12 ainsi que l’extrémité du fil conducteur électrique 14 en contact avec l’élément flexible conducteur 11 et une insertion du câble d’électrode 21. Cet élément flexible non conducteur et isolant 22 prévient également tout contact involontaire avec l’élément conducteur 11 et les éléments de connexion de l’électrode et de la micropuce. A non-conductive and insulating flexible element 22 completely covers the upper face of the flexible conductive element 11, to which it can be bonded by any suitable adhesive. This non-conductive flexible element also tightly encapsulates and encapsulates the microchip 13 and its connecting elements 12 as well as the end of the electrical conducting wire 14 in contact with the conductive flexible element 11 and insertion of the electrode cable 21. This non-conductive and insulating flexible element 22 also prevents any involuntary contact with the conductive element 11 and the connection elements of the electrode and the microchip.

[0049] Le câble d’électrode 21 contient deux fils conducteurs électriques, le fil 14 relié à l’élément flexible conducteur 11 de l’électrode et le fil 15 relié à la micropuce 13 par l’intermédiaire de l’élément 12, ce câble contient également une gaine métallique souple de blindage 16. Cette gaine de blindage est indispensable quand l’électrode est utilisée pour la mesure d’un électromyogramme et elle sert également de mise à la masse de la micropuce 13 par l’intermédiaire de l’élément 12. En effet, quand le câble d’électrode est connecté à la station-service 5, la gaine de blindage 16 est mise à la masse commune du dispositif complet. The electrode cable 21 contains two electrical conductor wires, the wire 14 connected to the flexible conductive element 11 of the electrode and the wire 15 connected to the microchip 13 via the element 12, which cable also contains a flexible shielding metal sheath 16. This shielding sheath is indispensable when the electrode is used for the measurement of an electromyogram and it is also used for grounding the microchip 13 via the element 12. Indeed, when the electrode cable is connected to the service station 5, the shielding sheath 16 is connected to the common ground of the complete device.

[0050] Une description des procédures d’utilisation du système complet est donnée ci-après à titre d’exemple. Toutes les procédures sont prises en charge par le microordinateur 1, en tant qu’unité centrale de programmation, de traitement des données et de contrôle de processus de l’ensemble du système multicanaux. A description of the procedures for using the complete system is given below as an example. All procedures are supported by microcomputer 1 as the central programming, data processing and process control unit of the entire multi-channel system.

[0051] Au début d’une séance de traitement et/ou de mesure EMG, alors que le système est en configuration de stimulation neuromusculaire avec les modules de stimulation 2 connectés à leurs électrodes respectives 6 et 7 par le moyen de la station-service 5, il est procédé à la mesure et à l’enregistrement de l’impédance électrique de chacune des paires d’électrodes actives 6 et 7, y compris par le moyen de l’unité 10 de la paire d’électrodes de référence 8 et 9. Cette opération étant achevée et quittancée, il est possible, soit de débuter directement la stimulation électrique fonctionnelle des muscles (SEF), soit d’effectuer au préalable une mesure EMG desdits muscles. Dans ce dernier cas il faut toujours, préalablement à toute mesure EMG, effectuer, en configuration de stimulation neuromusculaire, mais cette dernière étant alors inactivée, une opération de mise en cours circuit avec mise à la masse de toutes les paires d’électrodes actives 6 et 7 par le moyen de la station-service 5 pour éliminer toute tension résiduelle au niveau des électrodes 6 et 7. Cette opération étant accomplie et quittancée, il est possible au moyen de la station-service 5 de déconnecter chaque paire d’électrodes 6 et 7 des modules de stimulation 2 pour les commuter et connecter aux modules correspondants de mesure EMG 3, puis d’effectuer dite mesure. Par exemple, une mesure EMG peut être effectuée, préalablement à une séance de stimulation SEF, et une nouvelle mesure EMG peut être effectuée consécutivement à ladite séance de stimulation SEF. At the beginning of a treatment session and / or measurement EMG, while the system is in neuromuscular stimulation configuration with the stimulation modules 2 connected to their respective electrodes 6 and 7 by means of the service station 5, the electrical impedance of each of the active electrode pairs 6 and 7, including the means of the unit 10 of the pair of reference electrodes 8, is measured and recorded. 9. This operation being completed and released, it is possible either to directly begin the functional electrical stimulation of the muscles (SEF), or to perform a prior measurement EMG said muscles. In the latter case, it is always necessary, prior to any EMG measurement, to perform, in a neuromuscular stimulation configuration, but the latter being then inactivated, a circuit initiation operation with the grounding of all the active electrode pairs 6 and 7 by means of the service station 5 to eliminate any residual voltage at the electrodes 6 and 7. This operation being accomplished and released, it is possible by means of the service station 5 to disconnect each pair of electrodes 6 and 7 stimulation modules 2 to switch them and connect to corresponding EMG measurement modules 3, then perform said measurement. For example, an EMG measurement may be performed prior to an SEF stimulation session, and a new EMG measurement may be performed subsequent to said SEF stimulation session.

[0052] Suite à la description qui vient d’être faite, dans le but d’illustrer la manière dont l’invention peut être réalisée avantageusement, il convient de noter que l’invention n’est pas limitée à cette réalisation. Following the description that has just been made, in order to illustrate how the invention can be advantageously achieved, it should be noted that the invention is not limited to this embodiment.

[0053] Plusieurs variantes de réalisation d’un système de stimulation SEF combinée avec la mesure correspondante des électromyogrammes au moyen d’une même unique paire d’électrodes et d’un unique placement desdites électrodes sur un muscle donné peuvent être envisagées dans le domaine de l’homme de l’art sans sortir du cadre de la présente invention telle que définie dans les revendications annexées. Several alternative embodiments of a stimulation system SEF combined with the corresponding measurement of electromyograms by means of a single pair of electrodes and a single placement of said electrodes on a given muscle can be envisaged in the field. those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Claims

A system comprising a microcomputer (PC) (1) that manages a multichannel functional electrical stimulation (SEF) composed of electrical neuromuscular stimulation modules (2) combined with corresponding electromyogram measuring modules (3), characterized in that that each respective stimulation or measurement channel uses the same single pair of electrodes (6) and (7) placed on a given muscle for the electrical neuromuscular stimulation of said muscle and to perform an electromyogram of said muscle, without requiring modification of the placing said electrodes (6) and (7).

2. Device according to claim 1, characterized in that an electrical neuromuscular stimulation module (2) has an output channel connected to the electrodes (6) and (7) of floating type, that is to say that said channel is galvanically isolated from any other electrical or electronic circuit, as well as from ground and earth.

3. Device according to claim 1, characterized in that each pair of active electrodes (6) and (7) placed on the skin can be momentarily short-circuited and to the ground of the device to eliminate any residual voltage at the said electrodes placed on the skin.

4. Device according to claim 1, characterized in that the impedance of the electrical circuit, formed by the biological tissue electrode interface and biological tissue traversed by the current between a pair of active electrodes (6) and (7) and the pair of reference electrodes (8) and (9) can be measured, recorded and quantized.

5. Device according to claim 1, characterized in that each electrode used incorporates an electronic microchip (13) identification and authentication, monofilar (15) connected to a management unit and control (4) of said microchips, said unit (4) contains the means for managing and controlling, by means of encrypted data transmission of monofilar type (15), said microchips (13).

6. Device according to claim 5, characterized in that the grounding of a monofilar microchip (13) is performed by the connection of the ground contact of said microchip with the end of the metal shielding sheath (16). electrode cable (21), said shielding sheath being connected at its other end to the ground of the device.

Device according to claim 5, characterized in that each microchip (13) contains an electrically erasable, or by any other means, user-programmable read-only memory element for non-volatile storage of application data. and additional memory protection means which maintain a protected reading secret and settings of the memory parameters by the user, the bidirectional transmission of the data being encrypted.

8. Device according to claim 5, characterized in that a system comprising the management and control unit (4) and the microchips (13) constitutes a master-slave system, where the master is the unit (4) and the slave is the microchip (13).

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a service station unit (5) manages at least one pair of electrodes (6) and (7).

10. Device according to claim 9, characterized in that the service station (5) contains switching means (17) and (18) of at least one pair of electrodes (6) and (7) for connecting the electrically conducting wires (14) of said pair of electrodes with the floating output of a neuromuscular stimulation module (2) or with the input of an electromyogram measuring module (3), said switching means must guarantee a zero or negligible contact resistance in the closed position and the absence of any leakage current in the open position.

11. Device according to claim 9, characterized in that the service station (5) contains momentary connection means (19) of at least one pair of electrodes (6) and (7) allowing the setting in short- circuit and the ground of their electrical conductors (14) to eliminate any residual voltage at the electrodes placed on the skin.

12. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the management unit and control (10) of the pair of reference electrodes (8) and (9) of the EMG system grounded. of this system, manages the microchips (13) of said electrodes absolutely identical to the management of the active electrodes (6) and (7) by a management and control unit (4) of said electrodes.