Prototype d’une micropompe dédiée à l’injection des médicaments anti-épileptiques

RESUME L’epilepsie est une des maladies du systeme nerveux central qui demeure sans solution efficace malgre les progres technologiques impressionnants dans le domaine biomedical. En effet, environ 15% des patients souffrants de cette maladie sont refractaires a tout medicament ou autre solution medicale. De nos jours, le traitement d’epilepsie, chez les patients refractaires, consiste a stimuler electriquement la region du cerveau provoquant les foyers epileptiques. De plus, des travaux de recherche sont en cours pour examiner les resultats d’injection des medicaments ou de refroidissement de regions epileptiques. Nous proposons dans ce memoire une solution basee sur une micropompe automatisee et miniaturisee permettant d’empecher le foyer epileptique de se declarer et se propager en injectant des debits precis des medicaments a l’endroit de detection du foyer juste au moment de sa naissance. La micropompe choisie est basee sur un mecanisme qui genere un champ magnetique a l’aide d’une microbobine integree. Cette micropompe sert a manipuler un diaphragme integre pour deplacer les medicaments a injecter. La membrane de la micropompe en question est fabriquee par polydimethylsiloxane (PDMS) qui vibre a une frequence variant entre 85 et 175 Hz. La micropompe permet de livrer un debit de 2.9 ml/min et est activee par un circuit de detection de crises epileptiques. Quant a l’interface electronique, elle regroupe un microcontroleur, quelques circuits logiques simples et un convertisseur numerique – analogique (CNA) qui servent a controler et commander le courant alimentant la microbobine faisant partie de la micropompe. Le declenchement de la micropompe proposee a ete valide, en partie, a l'aide d'enregistrements d’electroencephalogrammes intracorticaux (icEEG) des patients atteints d'epilepsies. Les resultats obtenus ont confirme l’operation de l’injection precise des medicaments. Notre systeme, destine a etre implantable, se caracterise egalement par la reduction de la consommation d’energie dans sa mise en oeuvre. Nous avons realise a ce sujet des circuits donnant lieu a des bonnes performances en terme d’economie d’energie, compare a un autre type de micropompes piezoelectriques du commerce que nous avons examine dans ce projet dont la consommation est de l’ordre de 70 mA au lieu de 40 mA obtenue dans la micropompe proposee.----------ABSTRACT Approximately 15% of patients with partial epilepsy are neither drug responsive nor good candidate for surgery. There has been growing interest in neuro-responsive intracerebral local treatment of seizures such as focal drug delivery, focal cooling, or electrical stimulation. The latter requires an effective seizure-detection system and an intracortical stimulator. In this project, we present an automated miniaturized micropump that provides precise drug flow rate in order to control epileptic seizure. The implantable responsive drug delivery system proposed by Polystim team was validated using intracortical Electroencephalogram (icEEG) recordings from patients with refractory epilepsy. In this project, the proposed micropump is based on electromagnetic mechanism that is generated through microcoil and deflects a diaphragm fabricated using a polydimethysiloxane (PDMS), by supplying precise amount of current using a digital-to-analog convertor (DAC). The device delivers simultaneous focal drug to suppress the seizure following its onset detection by a dedicated microelectronic interface. The PDMS based membrane is driven under a range of an actuating frequency between 85 and 175 Hz. It provides a flow rate of 2.9 ml/min when all the inputs of the DAC are high and the operation frequency is 143 Hz. The feedback controller and the micropump are activated for a given duration (2, 4, 8, 16 seconds) on response to seizure detections, but they remain in sleep mode for the rest of time. The experimental results demonstrated the detection accuracy of proposed implantable responsive drug delivery systems. The implemented control circuit provides a good performance in term of power consumption, comparing with another piezoelectric micropump we previously used in our experiments. The later requires about 70 mA instead of 40 mA for the proposed micropump.