Modelagem de um sistema de transferência transcutânea de energia adequado aos sistemas implantáveis de infusão contínua de insulina

Abstract

A terapia utilizando bombas de infusão de insulina implantáveis é o método mais preciso e eficiente para o tratamento de pacientes portadores de Diabetes Mellitus Tipo 1, no entanto, questões como miniaturização, longetividade e biocompatibilidade dificultam a popularização do método. Em particular, o uso de baterias limitam a capacidade energética e aumentam o tamanho das bombas, além da alta toxicidade e riscos de superaquecimento associados. É investigada a viabilidade da integração de um sistema de transferência transcutânea de energia (TTE) às bombas de infusão de insulina implantáveis, com capacidade de fornecer energia elétrica sem fio através do tecido biológico humano. Serão investigados diversos esquemas de transdução e diferentes arquiteturas de sistemas de transmissão e recepção de energia, avaliando-as pela eficiência da potência transmitida e pela adequabilidade às bombas. Especificamente, este projeto é voltado aos sistemas TTE acoplados acusticamente e passíveis de integração com bombas de infusão de insulina, conferindoas autonomia energética para suprir demandas de até 72 mW. É apresentado um sistema com frequência de operação de 870 kHz capaz de energizar implantes subcutâneos localizados a uma distância de até 30 mm do transmissor. São propostos modelos computacionais, simulados utilizando ferramentas de desenho de circuitos eletrônicos, para a identificação da banda espectral de frequência, das dimensões físicas dos transdutores, dos mecanismos de casamento de impedância acústica, das topologias para geração e retificação de ondas sonoras recomendadas para se atingir a máxima transferência de potência possível. O sistema proposto demonstrou eficiência máxima de 30% capaz de suprir demandas de potência de até 72 mW. Os transdutores de transmissão e recepção utilizados foram cerâmicas piezoelétricas discoidais do tipo PZT-5A com 30 mm e 11 mm de diâmetro, respectivamente. As camadas de acoplamento acústico utilizadas foram a base gel condutivo para ultra-som com espessuras de até 2 mm. A constatação da exequibilidade de um sistema de transferência transcutânea de energia que seja adequado aos sistemas de infusão contínua de insulina constitui um passo fundamental para a construção de um sistema artificial definitivo de controle de glicose e que promete revolucionar a área de dispositivos médicos implantáveis.