Implantable Micro-Device for Epilepsy Seizure Detection and Subsequent Treatment

L'émergence des micro-dispositifs implantables est une voie prometteuse pour le traitement de troubles neurologiques. Ces systèmes biomédicaux ont été exploités comme traitements non-conventionnels sur des patients chez qui les remèdes habituels sont inefficaces. Les récents progrès qui ont été faits sur les interfaces neuronales directes ont permis aux chercheurs d'analyser l'activité EEG intracérébrale (icEEG) en temps réel pour des fins de traitements. Cette thèse présente un dispositif implantable à base de microsystèmes pouvant capter efficacement des signaux neuronaux, détecter des crises d'épilepsie et y apporter un traitement afin de l'arrêter. Les contributions principales présentées ici ont été rapportées dans cinq articles scientifiques, publiés ou acceptés pour publication dans les revues IEEE, et plusieurs autres tels que «Low Power Electronics» et «Emerging Technologies in Computing». Le microsystème proposé inclus un circuit intégré (CI) à faible consommation énergétique permettant la détection de crises d'épilepsie en temps réel. Cet CI comporte une pré-amplification initiale et un détecteur de crises d'épilepsie. Le pré-amplificateur est constitué d'une nouvelle topologie de stabilisateur d'hacheur réduisant le bruit et la puissance dissipée. Les CI fabriqués ont été testés sur des enregistrements d'icEEG provenant de sept patients épileptiques réfractaires au traitement antiépileptique. Le délai moyen de la détection d'une crise est de 13,5 secondes, soit avant le début des manifestations cliniques évidentes. La consommation totale d'énergie mesurée de cette puce est de 51 μW. Un neurostimulateur à boucle fermée (NSBF), quant à lui, détecte automatiquement les crises en se basant sur les signaux icEEG captés par des électrodes intracrâniennes et permet une rétroaction par une stimulation électrique au même endroit afin d'interrompre ces crises. La puce de détection de crises et le stimulateur électrique à base sur FPGA ont été assemblés à des électrodes afin de compléter la prothèse proposée. Ce NSBF a été validé en utilisant des enregistrements d'icEEG de dix patients souffrant d'épilepsie réfractaire. Les résultats révèlent une performance excellente pour la détection précoce de crises et pour l'auto-déclenchement subséquent d'une stimulation électrique. La consommation énergétique totale du NSBF est de 16 mW. Une autre alternative à la stimulation électrique est l'injection locale de médicaments, un traitement prometteur de l'épilepsie. Un système local de livraison de médicament basé sur un nouveau détecteur asynchrone des crises est présenté.