Dispositivo eletrónico para monitorização e controlo da atividade epilética

Abstract

A Epilepsia consiste num distúrbio neurológico cerebral que afeta uma elevada população a nível mundial. Estima-se que cerca de 30% dos pacientes com essa patologia apresentam resistência a fármacos antiepiléticos, sendo estes a principal forma de controlo da epilepsia. Neste sentido, têm sido estudadas novas técnicas para colmatar a ineficácia dos fármacos em pacientes com epilepsia refratária. Estudos demonstram que o arrefecimento do cérebro até temperaturas entre 10 ºC e 25 ºC tem a capacidade de interromper a atividade elétrica neuronal e, por consequência, modular eventos epiléticos sem causar danos cerebrais. Desta forma, a presente Dissertação tem como objetivo o desenvolvimento de um dispositivo eletrónico para o arrefecimento focal cerebral de pacientes com epilepsia refratária, tendo em vista a modulação térmica da atividade epilética focal. Deste modo, procedeu-se, numa fase inicial, ao estudo das diversas técnicas de neuromodulação térmica, onde se deu especial ênfase ao arrefecimento focal e à análise dos dispositivos que o implementam. Após essa investigação alargada, optou-se pelo desenvolvimento de um sistema com recurso a dispositivos termoelétricos, os peltiers, devido à sua elevada capacidade de bombear calor. Visto que se pretende desenvolver um dispositivo para utilização em pessoas, foi ainda necessário ter em consideração o tipo de materiais a utilizar e a legislação atualmente em vigor, de maneira a desenvolver um protótipo que tem por base as diretrizes relativas a dispositivos médicos. Numa primeira etapa de execução do sistema, desenvolveu-se então um protótipo de um dispositivo de arrefecimento cerebral para utilização em humanos. Em seguida, por forma a testar o dispositivo desenvolvido e avaliar a sua eficácia, foi construído um fantoma que replicasse termicamente o cérebro. Para tal, foi selecionado um material que mimetizasse as propriedades térmicas do cérebro e o fantoma foi implementado de maneira a simular a temperatura média do cérebro, aproximadamente 37 ºC, e a sua resposta térmica ao arrefecimento. Para finalizar, foi testado todo o sistema para comprovar a sua eficácia. Aqui, concluiu-se que o fantoma desenvolvido se assemelha termicamente ao cérebro, como era expectável. Além disso, o sistema desenvolvido, apesar de poder ser melhorado, de acordo com os testes realizados, arrefeceu até à temperatura indicada num intervalo de tempo inferior ao de um ataque epilético, que pode durar até 2 minutos, pelo que permite controlar a atividade epilética. Em suma, foi cumprido o objetivo proposto.

Epilepsy is a neurological brain disorder that affects a large population worldwide. Studies demonstrate that approximately 30% of patients with this pathology are resistant to antiepileptic drugs, which are the main way of controlling epilepsy. In this sense, new techniques have been studied to overcome the inefficacy of drugs in patients with refractory epilepsy. Research has shown that cooling the brain to temperatures between 10ºC and 25ºC has the potential to interrupt neuronal electrical activity and, consequently, modulate epileptic events without causing brain lesions. Thus, this dissertation aims to develop an electronic device for focal brain cooling in patients with refractory epilepsy to thermally modulate focal epileptic activity. Therefore, initially, the various thermal neuromodulation techniques were studied, namely the focal cooling and the devices used to implement it. Subsequently, it was developed a system using thermoelectric devices, the peltiers, because of their great capacity to pump heat. In order to develop a device for human use, it was also necessary to consider the type of materials that should be used and the applicable legislation, to develop a prototype based on the guidelines for medical devices. In a first step of the system implementation, a prototype of a brain cooling device was developed for human use. To test the developed device and evaluate its performance, a phantom was built to thermally reflect the brain. For that, was selected a material that simulates the brains thermal properties, and the phantom was implemented to reproduce the brains temperature, approximately 37 ºC, and its thermal response to cooling. Finally, the whole system was tested to prove its effectiveness. It was concluded that the developed phantom thermally represents the brain, as expected. Additionally, although the developed system could be improved, according to the performed tests, it cools down to the required temperature in a smaller time frame than an epileptic seizure, which can last up to 2 minutes, so it is possible to control the epileptic activity. In summary, the proposed objective was achieved.