Recarga inalámbrica de un desfibrilador automático implantable

Abstract

El objeto de estudio de este trabajo han sido los desfibriladores automáticos implantables, más concretamente la recarga inalámbrica de sus baterías. De esta forma, los pacientes se ahorrarían futuras cirugías debidas a la sustitución de las mismas. Un DAI es un dispositivo que, como su propio nombre indica, se implanta a personas con riesgo de sufrir una muerte cardiaca, ya sea porque han sufrido una anteriormente o porque padecen alguna enfermedad del corazón, principalmente arritmias ventriculares. Además de realizar la función de un marcapasos, es decir, percibir el ritmo cardiaco y si éste es muy lento o irregular devolverlo a un ritmo correcto, es capaz de revertir una taquicardia peligrosa, ya sea provocando una descarga eléctrica (choque) o proporcionando una secuencia de estimulaciones menos dolorosas. Por último, queda señalar la funcionalidad Holter de los DAIs, gracias a la cual se registra la actividad diaria del dispositivo. El sistema de carga inalámbrica está basado en la inducción magnética resonante, de tal forma que a partir de dos bobinas acopladas magnéticamente se consigue la transmisión de energía que permite la recarga del dispositivo. Para compensar la impedancia de estas bobinas se utilizan condensadores, consiguiendo así circuitos resonantes. El enlace resonante inductivo, del inglés RIC, se caracteriza por trabajar en rangos medios, lo que asegura una transmisión de energía eficiente en nuestro sistema a pesar de la existencia de piel entre las dos bobinas. Los valores de los dispositivos que conforman los circuitos primario y secundario del sistema, están condicionados por restricciones fisiológicas (el circuito secundario está implantado y no debe exceder de cierto tamaño) y por los límites impuestos por el fabricante en cuanto a la frecuencia de trabajo y al flujo magnético que puede atravesar al desfibrilador, de forma que no se ponga en peligro la salud del paciente. Por la topología del sistema, este flujo será el mismo que atraviese al devanado secundario. Una vez sabido que los valores usados respetan todas estas restricciones, se puede proceder a realizar una optimización del coeficiente de acoplamiento para mejorar la transferencia de energía de la aplicación. Para hallar los valores de las inductancias propias y mutua de las bobinas de ambos devanados se ha utilizado el software Fast Henry, un programa de análisis por elementos finitos y que permite tener en cuenta muchos parámetros de los devanados, desde la topología de los mismos hasta la anchura de los cables que los forman. En el caso de los condensadores, sus valores se han hallado de forma que la reactancia de los circuitos resonantes sea nula, es decir, para que trabajen a la frecuencia de resonancia. En este punto, se ha tenido en cuenta que la capacidad de los condensadores se ve disminuida según avanza el tiempo, por lo que el circuito secundario deja de trabajar a la frecuencia de resonancia a partir de este momento. Para corregir este inconveniente, se ha incorporado un circuito auxiliar que permite compensar la reactancia surgida por la modificación de la capacidad del condensador Una vez que el diseño del sistema se ha concluido, comienzan las simulaciones. En primer lugar, se llevan a cabo simulaciones del circuito con enlace resonante y circuito auxiliar incorporado, para posteriormente comparar los valores de la potencia transferida obtenidos en este primero con los que se obtienen cuando se trabaja con el circuito con enlace resonante pero sin circuito auxiliar. Se verifica que gracias al circuito auxiliar se obtiene una mayor transmisión de potencia cuando el valor de la capacidad del condensador secundario difiere del que hace que se trabaje a la frecuencia de resonancia. Otra simulación es realizada para conocer cuál es el valor de la potencia transmitida en el caso de trabajar con un circuito con enlace inductivo puro, siendo el resultado muy inferior a los métodos mencionados previamente. Finalmente, se simula cómo sería la recarga de la batería del desfibrilador, habiendo configurado los parámetros de una batería en Simulink con valores de una batería real de un dispositivo de este tipo. El máximo valor de corriente que se hace pasar por la carga es la corriente del secundario que se ha medido en la simulación del circuito con enlace resonante y circuito auxiliar incorporado. Para realizar una recarga lo más cercana a la realidad posible, el valor de la corriente que se hace pasar por la batería va cambiando en función del estado de carga de la misma.