Diseño e implementación de un prototipo de estimulador del nervio vago para el tratamiento de epilepsia.

Abstract

El presente trabajo constituye la segunda fase de diseño y fabricación de un prototipo de estimulador del nervio vago para el tratamiento y control de convulsiones en personas con epilepsia resistente a fármacos, mediante la entrega de terapia Vagus Nerve Stimulation (VNS). El desarrollo de un dispositivo para el tratamiento de este tipo de epilepsia surgió en colaboración con la asociación neurológica HUMANA y la Universidad del Valle de Guatemala. El objetivo final de esta línea de investigación es elaborar un dispositivo biomédico de bajo costo, para brindar apoyo a las instituciones neurológicas que laboran en el país ofreciendo sus servicios a un sector de la población que son candidatos para optar al tratamiento VNS, pero no tienen los recursos económicos necesarios para costear dicho dispositivo. El dispositivo estimulador desarrollado durante esta fase consistió en un sistema embebido con un microcontrolador capaz de replicar el comportamiento del módulo generador y la señal de estimulación VNS del modelo 102 de la compañía mundial de tecnología médica LivaNova para el control de la epilepsia rebelde. Este prototipo cumplió con todos los parámetros técnicos basados en el manual médico del modelo 102. También consideró las recomendaciones generadas durante la fase anterior de este proyecto para obtener un prototipo que funcionó bajo las medidas de seguridad requeridas. Por último, se buscó conseguir un bajo consumo de energía ya que al ser un dispositivo que será implantado quirúrgicamente, este debe funcionar a base de baterías. Es necesario asegurar una vida útil extensa del estimulador para evitar cirugías innecesarias al paciente para acceder al dispositivo y realizar cambios o reparaciones en el hardware. El funcionamiento del dispositivo generador puede dividirse en seis secciones fundamentales: regulador de voltaje, cristal oscilador, lógica y control, circuito de salida, antena e interruptor magnético. Este trabajo abarcó las secciones del circuito de salida, regulador de voltaje, lógica y control. La sección de lógica y control se encargó de generar la señal de estimulación módulos utilizando modulación por ancho de pulso (PWM), temporizadores, interrupciones, administración de consumo eléctrico, modos de operación de sueño profundo (Standby), modo ocioso (Idle), operación a baja frecuencia, etc. Con el objetivo de cumplir con todos los requerimientos de funcionamiento, optimizar el uso de la batería seleccionada y extender el funcionamiento del dispositivo dentro del cuerpo humano. El circuito de salida o de potencia empleó un algoritmo de control robusto que asegura una señal estable, segura y efectiva para la terapia VNS entregada a los pacientes. Este módulo consistió en dispositivos y semiconductores amplificadores que convierten la señal de voltaje a una señal de corriente que pasa a través de los electrodos para así poder llegar al nervio. Además, en conjunto con el módulo de lógica y control, se encarga de monitorizar la señal en todo momento y evitar cualquier tipo de afección que pueda dañar a los nervios o tejidos involucrados, por ejemplo, evitar fibrosis de los nervios y el tejido. (A)