Généralités sur les dispositifs implantables

Médecine sans fil 

L’utilisation de la technologie sans fil dans le domaine de la médecine associe l’information médicale à une communication transparente, offrant des possibilités illimitées d’améliorer les soins de santé. Les professionnels de la santé sont maintenant en mesure de diagnostiquer, de superviser les fonctions vitales du patient dans les situations aiguës et à long terme et de surveiller l’efficacité des plans de traitement d’une manière supérieure grâce à l’utilisation d’appareils médicaux sans fil. Il offre également aux patients et aux soignants l’accès à des systèmes qui peuvent les aider à gérer leur état de santé plus facilement et en toute sécurité, améliorant ainsi leur qualité de vie. Quelques-uns des produits médicaux sans fil les plus reconnaissables qui ont fait leur apparition sur le marché sont les glucomètres, les pompes à insuline, les appareils à ultrasons, les tensiomètres et les moniteurs d’ECG. Plus récemment, ces produits se sont étendus aux dispositifs médicaux sans fil ingérables et implantables qui démontrent la capacité d’améliorer la précision, l’efficacité, la facilité d’utilisation et la portabilité des dispositifs parce qu’ils sont autonomes et in vivo. Ceci, en conjonction avec les nouveaux protocoles sans fil, y compris 4G, Bluetooth, ZigBee et ANT, offre un potentiel  d’avancement inégalé jusqu’à présent. Il est prévu que ces dispositifs évolueront en unités autonomes qui pourront être utilisées pour le diagnostic, la transmission des dossiers des patients et, finalement, pour administrer les traitements appropriés.

La prévalence croissante de la technologie des smartphones par les consommateurs profanes et les professionnels de la santé permet à un grand nombre de personnes d’exploiter la puissance des appareils portatifs, qui peuvent relayer et calculer des données instantanément à partir de n’importe quel endroit, pour des applications médicales. Le domaine de la santé mobile gagne en popularité auprès des patients et du personnel de soins de santé à mesure que de plus en plus d’applications pour téléphones intelligents deviennent disponibles pour aider à prendre en charge un large éventail de conditions médicales. La recherche a prouvé que les appareils mobiles peuvent fournir des applications médicales utiles au point de service, ainsi qu’aider les patients à gérer leur état de santé par l’éducation et la surveillance à distance .

Dispositifs implantables 

Le développement de circuits intégrés (CI), au cours des 35 dernières années, a facilité l’évolution de petits dispositifs médicaux complexes et hautement intégrés. La demande croissante pour des opérations chirurgicales non invasives a rendu l’utilisation de dispositifs médicaux implantables (IMD) dans le cadre de procédures médicales très attrayantes. Par conséquent, des procédures invasives courantes pour obtenir des données physiologiques et biologiques peuvent être évitées en utilisant des dispositifs implantables. Le grand impact des dispositifs implantables a été démontré par l’introduction de stimulateurs cardiaques au début des années 1960, ce qui a permis la surveillance et le traitement dans le corps humain. Les IMD sont actuellement utilisés pour effectuer une variété croissante de procédures diagnostiques et thérapeutiques permettant le contrôle des fonctions humaines ainsi que des données sur l’état du patient .

Des millions de personnes à travers le monde dépendent de dispositifs médicaux implantables pour soutenir et améliorer la qualité de leur vie. Les IMD sont déjà utilisés pour une grande variété d’applications en fonction de leurs fonctions, classées comme suit :

◆ La première catégorie comprend tous les dispositifs utilisés pour diagnostiquer diverses maladies. Ces IMD en plus de leur système de communication avec l’environnement externe comprennent certains capteurs qui interagissent avec le corps humain pour mesurer les données physiologiques nécessaires. Cette catégorie comprend les microsystèmes implantés dans le corps humain pour surveiller les signaux biologiques importants.

◆ La deuxième catégorie comprend les dispositifs implantables utilisés comme stimulateurs. Les stimulateurs reçoivent des informations d’une unité externe et stimulent des nerfs spécifiques. De tels dispositifs sont des stimulateurs cardiaques et des défibrillateurs cardio-vasculaires, des stimulateurs électriques fonctionnels (FES), des implants cochléaires et rétiniens.

Le pacemaker ou stimulateur cardiaque, ou pile

C’est un dispositif implanté dans l’organisme fournissant des impulsions électriques destinées à stimuler les muscles cardiaques en permettant ainsi, par exemple, d’accélérer la pulsation du cœur lorsqu’il est trop lent. La stimulation cardiaque peut être provisoire, pour faire face à une situation transitoire ou définitive.

Système de capteur de pression intracrânienne, ICP

C’est un système qui est utilisé pour surveiller la pression intracrânienne. La nécessité de surveiller la pression intracrânienne est soit due à une blessure à la tête ou une déformation génétique. Le dispositif implantable est alimenté par un couplage inductif provenant d’une unité de commande externe. Grâce au même couplage, l’échange de données est assuré.

Implant cochléaire

Est un dispositif électronique qui convertit l’énergie sonore mécanique en signaux électriques qui peuvent atteindre le nerf cochléaire en utilisant des électrodes [1].

Implant rétinien

Par une logique similaire à celle développée pour les implants cochléaires, les implants rétiniens permettent la stimulation électrique des neurones rétiniens en contournant les photorécepteurs dégénérés, et la restauration dans une certaine mesure la vision du patient [1].

Dosimètre in vivo 

C’est un dispositif ou un instrument qui mesure directement ou indirectement les quantités de rayonnements ionisants placées dans le corps humain. consiste à réaliser des mesures de dose directement sur le patient pendant l’irradiation, à l’aide de détecteurs placés en des sites facilement accessible s tels que la peau ou plus rarement des cavités naturelles du corps.

Les antennes miniatures bio-implantables 

Avec les progrès récents dans la technologie de la microélectronique et de la technologie médicale, les dispositifs implantables deviennent plus petits. Une antenne implantable doit être suffisamment petite pour pouvoir être placée dans un appareil médical. Cependant, Les antennes demi-longueur d’onde (λ /2) ou quart d’onde (λ /4) inutile pour bande MICS car la longueur d’onde en espace libre dans cette bande est d’environ de 74 cm. Par conséquent, la miniaturisation de l’antenne est l’un des plus grands défis dans la conception. Heureusement, les tissus humains présentent une forte permittivité qui aide à réduire la taille.

Les antennes bio-implantables sont à bien des égards similaires aux petites antennes pour les communications sans fil en général. Il y a cependant quelques différences majeures qui doivent être prises en compte pour concevoir une antenne efficace :

L’antenne d’une bio-implant rayonne dans un environnement complexe à perte (le corps) plutôt que dans l’espace libre. L’environnement entourant l’implant n’est connu que dans un sens statistique, car il peut varier d’un individu à l’autre. L’implant doit être recouvert d’une couche biocompatible. La liste des matériaux pouvant être utilisés à cette fin est limitée, d’autant plus que les matériaux conducteurs ne sont pas autorisés pour des raisons évidentes. Le débit de données à transmettre est généralement inférieur à ce qui est utilisé pour les appareils de communication mobile standard. La distance entre l’implant et la station de base est bien inférieure aux distances visées dans les communications mobiles : l’état de l’art est d’environ 1 à 2 mètres ; 10 à 15 mètres seraient plus que suffisants pour les applications IMD.

Ces différences ont un impact majeur sur la stratégie de conception des antennes implantables par rapport à la conception de petites antennes pour les communications mobiles. Le point clé dans la conception d’une antenne implantée est l’optimisation de l’énergie transmise par l’antenne implantée hors du corps hôte et à la station de base ; ou inversement, la maximisation de la puissance reçue par l’antenne implantée de la station de base en tenant compte du corps hôte et de l’objectif de l’ensemble de la structure implantée. L’antenne est isolée par une couche de matériau biocompatible à faible perte, et implantée plus ou moins profondément dans un milieu de perte inhomogène. Le corps d’accueil est généralement une structure multicouche qui, selon la position souhaitée de l’appareil, peut être constituée de plusieurs couches telles que la peau, la graisse et les muscles ou la peau, l’os, la substance blanche et la matière grise.