Geração de energia eléctrica para dispositivos médicos implantáveis

Abstract

A constante evolução tecnológica conduziu, nos últimos anos, a uma redução quer nas dimensões, quer nos padrões de consumo dos diversos sistemas instrumentados. Como consequência surgiu, gradualmente, a necessidade de substituir os tradicionais métodos de ”alimentação” de dispositivos médicos instrumentados, cujas fontes de energia se baseavam na utilização de baterias. Não obstante, também novos dispositivos médicos têm surgido, como resposta aos novos horizontes que estas tecnologias proporcionam. Este trabalho apresenta três propostas de sistemas de geração de energia eléctrica, aplicados num modelo conceptual da prótese da anca desenvolvida para o efeito. Todos eles foram criados com o objectivo de gerar energia de forma independente de mecanismos exteriores ao corpo humano e, com base em movimentos efectuados quotidianamente. Foram utilizados dois tipos de geradores baseados no processo de indução magnética e um sistema com recurso a materiais piezoeléctricos. O primeiro consistiu no aproveitamento da vibração/impacto introduzido durante os movimentos. O segundo sistema indutivo baseou-se no movimento relativo da esfera da prótese, face a um componente acetabular magnetizado. Por fim, um terceiro sistema baseou-se na carga mecânica aplicada à prótese durante o movimento. Os resultados revelaram que todos os sistemas desenvolvidos podem, de facto, ser utilizados como geradores para este tipo de aplicação. Porém existe a necessidade de optimização dos mesmos, assim como dos métodos de ensaio disponíveis.

The constant evolution of technology has led, in the last years, to a reduction of size and energy needs of several instrumented systems. As a consequence, gradually, the need of replace traditional power supplies, in medical instrumented devices, whose energy sources were based on the use of batteries. Nevertheless, new devices have also emerged, as a response to the new horizons that these technologies provide. This work presents three new systems for electric energy generation, being all applied in the same conceptual model of a hip prosthesis, designed for that purpose. All the systems were developed in order to generate power independently from mechanisms outside human body and, based on movements done everyday. Two types of generators based on magnetic induction and a system using piezoelectric materials were built. The first one use the mechanical energy that is generated during patient movements and produce oscilations of a magnet that is located inside the prosthesis. The second inductive system was based on the relative motion between the sphere of the prosthesis, and a magnetized acetabular component. Finally the third system, use the force applied to the prosthesis, during movement, to deform a piezoelectric device. The results reveal that all systems developed can, indeed, be used as generators for this kind of application, however there is the need to optimize them, as well as the test methods.