Diseño de un controlador digital para un estimulador de prótesis epiretinal

Abstract

El presente trabajo consiste en el diseño de un controlador digital para un estimulador de prótesis epiretinal que está conformada por una cámara, un procesador de video, la caja de componentes electrónicos con el controlador incluido y el arreglo de electrodos. Esta prótesis se implanta quirúrgicamente en el paciente que sufre de enfermedades degenerativas de la retina como Retinitis Pigmentosa y Degeneración Macular relacionada con la edad. Las entradas del controlador serán enviadas por un controlador global y las salidas del controlador a un estimulador que usando un arreglo de micro-electrodos estimularía directamente a las neuronas retinales saludables pasando sobre las células fotorreceptoras dañadas por la enfermedad. La forma de onda, periodo, duración, retraso de cada fase y amplitud son importantes para el correcto estimulo de las células neuronales de la retina, por estas razones se diseñó un controlador flexible basado en el diseño ITBCS13 [1] que es capaz de cambiar parámetros y formas de onda de estimulación [2, 3] de forma independiente por canal. Asimismo la corriente de estimulación debe ser bifásica debido a que reduce las cargas residuales que da˜nan el tejido de la retina, por ende la estimulación tendrá una fase catódica y anódica [4]. El controlador digital genera en cuatro canales las formas de onda Senodial, Gaussiana, Rectangular y Triangular a través de las 8 señales de entrada que recibe del controlador global: req, fase, forma onda, tiempo entre fases, tiempo descarga, amplitud, factor duración y reset. Las salidas del controlador al estimulador de cuatro canales serán las fases anódicas, catódicas y la amplitud de la onda: anódico reg , catódico reg y amplitud reg. El diseño del controlador es basado en bloques digitales, codificados por medio del lenguaje de descripción de hardware VHDL. Para realizar la verificación y validación del funcionamiento de dicha descripción se usó la simulación por medio de Testbench en VHDL, empleándose el software ModelSimAltera de la compañía Mentor Graphics [5]. Para la implementación se empleó un FPGA de la familia Cyclone II (tecnología TSMC’s 90-nm) [6]. La frecuencia de operación del controlador es de 164.69 MHz.