Cancelación de artefactos en neuroestimuladores integrados.

Abstract

Con la acelerada evolución de los avances tecnológicos, el desarrollo de Dispositivos Médicos Implantables Activos no ha sido la excepción. Los avances médicos relacionados con estos dispositivos implican, entre otras cosas, un aumento en la calidad de vida de los pacientes. En particular, esto es lo que buscan los denominados neuroestimuladores en lazo cerrado. Estos son una evolución de los sistemas tradicionales de estimulación neuronal, diseñados para ajustar automáticamente la terapia en función de la respuesta fisiológica del paciente. Para lograrlo presentan un objetivo común que radica en lograr capturar la respuesta neuronal del cuerpo humano, conocida como Evoked Compound Action Potential (ECAP). El desafío de los neuroestimuladores de lazo cerrado es que la señal ECAP se encuentra superpuesta tanto en el dominio temporal como en el frecuencial con la señal de respuesta al estímulo, conocida como Stimulus Artifact (SA). A su vez, la señal objetivo (ECAP) presenta una amplitud de varios órdenes de magnitud inferior al de la SA, lo que dificulta aún más su detección y análisis. El sistema Cancelación de Artefactos en Neuroestimuladores Integrados (CANICs) implementa una solución a dicho problema a partir de la Cancelación de Artefactos. Esto implica desarrollar una serie de algoritmos iterativos con el fin de eliminar la SA. Para ello se desarrolló un sistema analógico-digital encargado de ejecutar estos algoritmos y obtener la ECAP a partir de los mismos. El sistema digital fue diseñado a modo de obtener un módulo específico para circuitos integrados (ICs). El sistema analógico se diseñó utilizando componentes discretos, de forma tal que el diseño sea fácilmente integrable. La implementación analógica en sí misma, específica para ICs, no está contemplada en este proyecto. A modo de validar el desempeño del sistema diseñado, se desarrolló una PCB que integra todos los elementos necesarios, y el diseño digital se sintetizó en una FPGA, generando un entorno de pruebas en conjunto con la PCB. Las pruebas efectuadas en este entorno desarrollado demostraron que el sistema diseñado es capaz de recuperar señales ECAP con una correlación superior a 0.833 respecto a una señal ECAP de referencia, para el rango de relaciones SA/ECAP comprendidas entre 53 dB y 70 dB. El valor máximo de correlación registrado fue de 0.928, correspondiente a una relación de 53 dB.