FR2811900A1 - Ensemble de filtrage pour stimulateur electrique implantable a maintien de condensateur robuste aux variations thermiques - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ensemble de filtrage de signaux parasites pour câble (300) de stimulateur électrique médical implantable, comprenant un condensateur (200) à diélectrique céramique, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de fixation (400) fixe sur le condensateur et destiné à être fixé sur un boîtier de stimulateur (110, 120), l' élément de fixation (400) étant prévu pour former une barrière thermique et un tampon de contraintes entre le boîtier (110, 120) et le condensateur (200) tel qu'il protège le condensateur (200) contre une fissuration due à un échauffement ou à une déformation d'un boîtier (110, 120) du type de ceux apparaissant lors d'une soudure au laser réalisée sur un tel boîtier.
Description
L'invention concerne les stimulateurs ou défibrilateurs électriques
médicaux destinés à être placés dans le corps d'un patient, par exemple les
stimulateurs ou défibrilateurs cardiaques implantés.
Ces stimulateurs comprennent un circuit générateur d'impulsions électriques, un boîtier, e, un,u plusieurs câbles conducteurs qui véhiculent les impulsions électriques jusqu'à une zone à stimuler. Les câbles
traversent donc la paroi du boîtier.
Les circuits électroniques présents dans les stimulateurs sont sensibles aux perturbations électromagnétiques, par exemple celles émises
par les téléphones portables.
Les câbles captent les ondes électromagnétiques et véhiculent des
signaux correspondants jusqu'au circuit interne du stimulateur.
Pour éviter ce phénomène, on a proposé d'adopter un condensateur dont les pôles sont reliés respectivement aux câbles et au boîtier, le boîtier formant la masse. On adopte typiquement un condensateur constitué d'une série de feuilles conductrices en vis à vis, noyées dans un diélectrique en matériau céramique. Ce condensateur est traversé par les câbles et fixé à
l'intérieur du boîtier.
Pour éviter l'apparition de contraintes localisées sur le câble ou des défauts d'étanchéité du boîtier, on prévoit que le boîtier inclut une coque et un manchon renforcé traversant cette coque tout en entourant le câble. Ce manchon est appelé " traversée ". Pour la fixation du condensateur, on a proposé de coller le condensateur sur la traversée, à l'aide d'une colle
conductrice. On a aussi proposé de le braser sur la traversée.
Cependant le boîtier est ensuite soumis à plusieurs étapes de soudure, typiquement de soudure au laser qui génèrent un échauffement intense de la traversée et de la coque. Cet échauffement se transmet au condensateur, ainsi que des contraintes intenses dues à la dilatation du boîtier. L'échauffement provoque notamment une dilatation des feuilles conductrices qui est plus rapide que celle de la céramique, d'o des fissures
dans la céramique.
Plus généralement, les échauffements et refroidissements brutaux du condensateur sont suffisamment élevés pour endommager la céramique. Il est donc nécessaire de proposer un assemblage condensateur/boîtier qui permette d'éviter les détériorations du
condensateur dues aux écr,iaut-.lients du boîtier.
Dans ce but, I'invention propose un ensemble de filtrage de signaux parasites pour câble de stimulateur électrique médical implantable, comprenant un condensateur à diélectrique céramique, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de fixation fixé sur le condensateur et destiné à être fixé sur un boîtier de stimulateur, I'élément de fixation étant prévu pour former une barrière thermique et un tampon de contraintes entre le boîtier et le condensateur tel qu'il protège le condensateur contre une fissuration due à un échauffement ou à une déformation d'un boîtier du type de ceux
apparaissant lors d'une soudure au laser réalisée sur un tel boîtier.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention
apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en
référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une traversée de stimulateur électrique et d'un condensateur fixé sur cette traversée, selon l'invention; - la figure 2 est une vue de face de ce même ensemble; - la figure 3 est une vue de côté d'un élément intermédiaire de fixation selon une seconde variante de l'invention; - la figure 4 est une vue de face de ce même élément de fixation; - la figure 5 est une vue de côté d'un élément intermédiaire de fixation selon une troisième variante de l'invention; - la figure 6 est une coupe longitudinale de ce même élément de fixation, muni d'un condensateur;
- la figure 7 est une vue de face de ce même ensemble.
L'ensemble de la figure 1 comprend principalement un boîtier 100 incluant une traversée 110 et une coque 120, un condensateur 200, et une
paire de câbles 300.
La traversée 110 présente la forme générale d'un bouchon ayant un corps principal 115 creux et en titane. La traversée 110 présente en outre deux épaulements 118 destinés à venir en appui sur la périphérie de cet orifice, côté interne de la coque 120. La traversée est en outre munie d'un passage central occupé par un
fourreau en alumine 140 lui-même parcouru par les deux câbles 300.
A son extrémité côté interne au boîtier, le corps principal 115 présente une cavité 119 aux parois internes arrondies, devant laquelle est
placé un condensateur 200 de type discoïdal.
Dans le cas présent, ce condensateur 200 ne pénètre pas dans la cavité 119 (selon une variante, il y pénètre). Il est classiquement constitué d'une matrice ou diélectrique en céramique et d'une série de feuilles métalliques interdigitées, parallèles au plan principal du condensateur. Le condensateur 200 possède deux canaux dans chacun desquels passe un câble 300 qui émerge ensuite côté interne du boîtier. La liaison condensateur/câble est ici assurée par collage ou brasure haute température. De manière classique, une première série de feuilles métalliques émerge à l'intérieur de chaque canal et une seconde série de feuilles intercalées avec les feuilles de la première série, émerge, quant à elle, sur
la périphérie du condensateur, par laquelle elle est reliée à la traversée 110.
Plus précisément, la cavité 119 formée par le corps en titane 115 présente la forme d'une cuvette arrondie, formant un vide 210 séparant le condensateur 200 de la face de la traversée 110 qui est à l'intérieur du boîtier. Cette cavité peut, dans une variante, être remplie d'une résine moulée en place entre la céramique et la traversée 110, propre à isoler thermiquement et mécaniquement la partie en céramique vis à vis de la
traversée 110.
L'ensemble de la figure 1 présente une bague métallique 400 qui épouse la circonférence du condensateur 200. Cette bague 400 est constituée par une lame refermée sur elle-même, dont la section
transversale forme un coude à deux bras perpendiculaires et à fond arrondi.
Le fond arrondi de ce coude vient se loger de telle manière que la lame 400 s'étend d'une part autour de la partie cylindrique du condensateur, et d'autre part en recouvrement de la paroi d'extrémité de la traversée 110 qui
est à l'intérieur du boîtier.
Ainsi, cette bague à section transversale allongée et coudée assure
une jonction circulaire entre la traversée 110 et le condensateur 200.
La bague 400 est solidarisée à la fois au condensateur 200 et à la traversée 100, formant fixation mécanique et liaison électrique entre ces
deux éléments.
Côté condensateur 200, elle est fixée par une simple brasure sur une métallisation externe. Côté traversée 110, elle est fixée au corps en titane par soudure. En variante, cette soudure, ici électrique, peut être une
soudure laser.
Le matériau constituant cette bague 400 est choisi spécifiquement
pour remplir au mieux une série de fonctions particulières décrites ciaprès.
On choisit le matériau de la bague 400 de telle sorte qu'il présente une conductivité thermique faible, c'est à dire préférentiellement inférieure à W/m C. Ainsi, la chaleur émise par une soudure du boîtier 100, c'est à dire une soudure effectuée sur la traversée 110 ou sur la coque 120, n'est transmise que partiellement et progressivement au condensateur 200,
protégeant ainsi ce dernier contre un éclatement de sa céramique.
Cette fonction de barrière thermique vaut aussi bien lors de la soudure de la bague 400 sur la traversée 110 que lors d'une soudure de la traversée 110 sur la coque 120, que pour une soudure entre plusieurs
éléments de la coque.
Elle vaut particulièrement lors des soudures titane/titane qui sont effectuées au laser et font typiquement monter à 1700 C les pièces qui sont
directement au contact de la soudure.
En outre, la bague 400 forme ici un tampon mécanique entre la traversée 110 sujette à de fortes dilatations, et le condensateur 200,
particulièrement fragile aux contraintes.
Préférentiellement, I'anneau 400 présente pour cela un module d'élasticité inférieur à 180 kN/mm2. La bague 400 présente également une conductivité électrique suffisante pour considérer les feuilles métalliques qui lui sont liées comme
reliées directemunit à la traversée 110.
Pour remplir de manière particulièrement avantageuse ces différentes fonctions, la bague 400 présentée ici est réalisée en un matériau appartenant à la famille générique des MAILLECHORT, cette famille correspondant à des alliages cuivre/nickel/zinc dans laquelle famille, la teneur en nickel varie entre 0 et 30%, la teneur en zinc varie entre 10 et %, et la teneur en cuivre varie entre 30 et 75%. Les MAILLECHORT
comportent également parfois une teneur en plomb comprise entre 0 et 2%.
Dans cette famille, la résistivité électrique est comprise entre 18 et 40 it.2.cm, le coefficient de dilatation est compris entre 15 et 18 ppm/"C, le module d'élasticité est compris entre 120 et 170 kN/mm2, la conductivité
thermique est comprise entre 21 et 37 W/m C.
Un autre exemple de réalisation peut être choisi parmi d'autres alliages Cu/Ni/Zn comme par exemple l'alliage connu sous le nom de ARCAP, dont les paramètres sont: - résistivité électrique: 35 à 45 ptQ.cm; - coefficient de dilatation: 16 ppm/ C; - module d'élasticité: 160 à 170 kN/mm2; conductivité thermique: 22 W/m C, Les valeurs des paramètres qui sont données ci-avant en référence aux MAILLECHORT et aux ARCAP, notamment les plages de conductivités thermiques et de modules d'élasticités, sont adoptées préférentiellement,
par exemple avec d'autres matériaux que ceux cités ici.
Le matériau formant la bague 400 est préférentiellement choisi parmi les alliages Cu/Ni/Zn, afin de permettre une soudure électrique sur du titane
(la traversée 110 par exemple).
Une telle soudure électrique dégage une chaleur moins importante qu'une soudure au laser, mieux acceptée par le condensateur 200, (fixé à la
bague avant la soudure électrique sur la traversée 110).
Pour accentuer encore l'effet de tampon de contraintes et de barrière isolante entre le boîtier (inc;iuai; ia traversée 110) et le condensateur 200, on propose aux figures 3 à 7 deux autres variantes de forme de bague 400,
réalisées dans le même matériau qu'aux figures 1 et 2.
La bague des figures 3 et 4 est formée d'une portion principale tubulaire 410 au diamètre interne complémentaire de celui d'un condensateur 200 à quatre canaux. La hauteur de cette portion tubulaire
410 est sensiblement la même que celle du condensateur 200.
A une de ses extrémités, cette portion tubulaire 410 présente une série de franges 420 dont une sur deux est inscrite dans la forme tubulaire de la portion 410, et dont une sur deux est décollée vers l'extérieur de ce
tube et prolonge sensiblement le tube dans la direction de son axe principal.
Ces franges longues s'étendent jusqu'à la traversée, à laquelle elles sont
fixées par soudure.
De telles franges ou languettes sont, par leur étendue axiale importante, et par leur double courbure, particulièrement aptes à s'adapter
localement aux déformations de la traversée.
Aux figures 5 à 7, la bague 400 présente une forme générale tubulaire, dont des languettes 430 sont formées par découpe en U dans la partie courante de sa paroi. Ces languettes 430 s'étendent vers l'intérieur, là encore pour venir parallèlement à l'axe de cette portion tubulaire de manière décalée latéralement de la paroi. Ces languettes 430 viennent au contact de la périphérie du condensateur discoïdal 200, fixées à celui-ci par
brasure ou soudure électrique ou toute autre technique adaptée.
Dans cette variante, la bague 400 est fixée sur la traversée par une bordure d'extrémité de sa paroi tubulaire. Ainsi, dans cette variante, une dilatation de la traversée se traduit par un écartement de la paroi tubulaire,
et par une flexion localisée des languettes 430.
Dans les deux variantes présentées ci-dessus, les languettes 420 et 430 forment tampon mécanique de déformation et présentent une aptitude à la conduction thermique particulièrement réduite, d'abord par le matériau
utilisé et également par leur faible section.
Bien que les languettes aient dans ces exemples, des formes à double courbure progressives, d'autres formes de languettes sont prevue en variante. On prévoit ainsi des languettes en marches d'escalier ou encore des languettes en R. En outre, dans les différentes variantes présentées ici, la forme de bague ou couronne à section allongée enveloppe le condensateur 200, formant autour de lui une cage de Faraday particulièrement protectrice vis à vis des ondes électromagnétiques parasites, empêchant notamment les
rayonnements parasites d'entrer directement dans le boîtier.
On notera également que préférentiellement mais non exclusivement, le condensateur, lorsqu'il contacte plusieurs câbles, par exemple deux câbles, présente, entre la série de feuilles reliée à la masse, la série de feuilles reliée à un premier câble et la série de feuilles reliée à un
second câble, une quatrième zone conductrice, reliée là encore à la masse.
Une telle zone conductrice s'étend entre les deux câbles, formant ainsi une barrière contre tout couplage électromagnétique ou magnétique
entre les deux câbles et contre toute diaphonie parasite.
Claims (13)
1. Ensemble de filtrage de signaux parasites pour câble (300) de stimulateur électrique médical implantable, comprenant un condensateur (200) à diélectrique céramique, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de fixation (400) fixé sur le condensateur et destiné à être fixé sur un boîtier de stimulateur (110, 120), I'élément de fixation (400) étant prévu pour former une barrière thermique et un tampon de contraintes entre le boîtie; (110, 120) et le condensateur (200) tel qu'il protège le condensateur (200) contre une fissuration due à un échauffement ou à une déformation d'un boîtier (110, 120) du type de ceux apparaissant lors d'une soudure au laser
réalisée sur un tel boîtier.
2. Ensemble de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de l'élément de fixation (400) présente une conductivité
thermique inférieure à 40 W/m. C.
3. Ensemble de filtrage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau de l'élément de fixation (400) présente
un module d'élasticité inférieur à 180 kN/mm2.
4. Ensemble de filtrage selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le matériau de l'élément de fixation
(400) est un alliage Cu/Ni/Zn.
5. Ensemble de filtrage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau de l'élément de fixation (400) est choisi
parmi un MAILLECHORT et un ARCAP.
6. Ensemble de filtrage selon la revendication 4 ou la revendication , caractérisé en ce que le matériau de l'élément de fixation (400) est un alliage Cu/Ni/Zn dont la teneur en nickel est comprise entre 0 et 30%, la teneur en zinc est comprise entre 10 et 50%, et la teneur en cuivre est
comprise entre 30 et 75%.
7. Ensemble de filtrage selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le matériau de l'élément de fixation
(400) est choisi parmi les matériaux soudables électriquement sur le titane.
8. Ensemble de filtrage selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'élément de fixation (400) forme une
bague entourant le condensateur (200).
9. Ensemble de filtrage selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'élément de fixation (400) forme une série de pattes (420, 430) réparties autour du condensateur (200) et
prévues pour fléchir lors d'une dilatation du boîtier (110, 120).
10. Ensemble de filtrage selon i une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que l'élément de fixation (400) présente une forme telle qu'il est prévu pour maintenir le condensateur (200) légèrement
espacé par rapport au boîtier (110, 120).
11. Ensemble de filtrage selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le condensateur (200) présente une semelle en matériau isolant thermiquement, destinée à être placée entre la
partie en céramique du condensateur (200) et le boîtier (110, 120).
12. Stimulateur électrique médical implantable comprenant un circuit électronique, un boîtier (110, 120) entourant ce circuit, un câble (300) relié au circuit et un condensateur à diélectrique céramique maintenu sur le boîtier (110, 120) au voisinage du câble (300), caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de filtrage qui est conforme à l'une quelconque des
revendications précédentes.
13. Stimulateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le boîtier (110, 120) inclut une coque (120) et une traversée (110), interposée entre le câble (300) et une bordure de la coque (120), et en ce que ledit
élément de fixation (400) est soudé sur la traversée (110).
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Families Citing this family (2)
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| US10912945B2 (en) | 2018-03-22 | 2021-02-09 | Greatbatch Ltd. | Hermetic terminal for an active implantable medical device having a feedthrough capacitor partially overhanging a ferrule for high effective capacitance area |
| US10905888B2 (en) | 2018-03-22 | 2021-02-02 | Greatbatch Ltd. | Electrical connection for an AIMD EMI filter utilizing an anisotropic conductive layer |
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| FR2217782A1 (en) * | 1973-02-15 | 1974-09-06 | Eurofarad | Electrical condensers for high temperature use - made of metallised and devolatilised polyimide film |
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2000
- 2000-07-19 FR FR0009460A patent/FR2811900B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| EP3449973A1 (fr) * | 2017-08-30 | 2019-03-06 | Greatbatch Ltd. | Ensemble de traversée pour un dispositif médical implantable actif |
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|---|---|
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