Diseño y Simulación Multi-Física de Sensor de Presión Intraocular Implantable

Abstract

Se presenta la metodología de diseño de un sensor pasivo, inalámbrico e implantable para la medición presión intraocular. El proceso de diseño garantizó su implementación mediante procesos estándar de fabricación de PCB de bajo costo. El sensor tiene un área efectiva máxima de 36 mm², sensibilidad mínima de 1 mmHg y opera en presiones desde 0 mmHg hasta 40 mmHg. El sensor es pasivo e inalámbrico con el fin de poder realizar durante varias semanas el monitoreo periódico del mismo, sin incurrir en procesos de mantenimiento o cambio de baterías.
El sensor está basado en un resonador RLC (serie), implementado a partir de dos bobinas en espiral concéntricas ubicadas una encima de la otra y con conexión eléctrica entre ellas; con una de sus espiras unida una membrana de Polidimetilsiloxano (PDMS), la cual permite la compresión del sistema por una de sus caras, y por ende la variación de la capacitancia existente entre las dos espirales. Tomando ventaja de la presencia de las bobinas que conforman el resonador, el sistema es energizado y leído de manera inalámbrica vía acople magnético.
El sistema multi-fisico es simulado mediante un estudio de elementos finitos. En esta simulación se logra analizar de manera conjunta la interacción de los campos electromagnéticos y las deformaciones mecánicas a que se ve sometido el sensor por la presión intraocular. Este tipo de simulación multi-física, permite analizar el comportamiento del acople electromagnético entre la antena y el sensor, a partir de la cual es posible encontrar la frecuencia de resonancia propia del sensor. En el modelo de compresión se solucionan las ecuaciones de Navier-Stokes para materiales incompresibles, considerando la memoria mecánica del sensor. Se simuló el efecto de una presión constante sobre una de las superficies del sensor para evaluar su comportamiento ante cambios de presión de 0 a 40mmHg. La simulación multi-fisica permitió correlacionar los efectos del cambio de presión con los cambios en la frecuencia de resonancia.
En el artículo se presentarán resultados de fabricación, de caracterización eléctrica y mecánica, así como los resultados obtenidos de las pruebas preliminares realizadas al sensor. Las pruebas preliminares han sido realizadas utilizando una columna de agua como fuente de presión y un analizador vectorial de redes (VNA) para la medición de los parámetros eléctricos.