BR112017017393B1

BR112017017393B1 - Dispositivo de estimulação optoeletrônico

Info

Publication number: BR112017017393B1
Application number: BR112017017393-0A
Authority: BR
Inventors: Pascal Doguet
Original assignee: Synergia Medical
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2022-08-09
Also published as: CA2970400C; US10350424B2; JP6442069B2; CN107249682B; WO2016131492A1; DK3113838T3; US20170368358A1; EP3113838B1; JP2018507045A; ES2636260T3; BR112017017393A2; CN107249682A; EP3113838A1; CA2970400A1

Abstract

A presente invenção diz respeito a um dispositivo de estimulação optoeletrônico para utilização em um tratamento médico envolvendo o fornecimento de uma corrente elétrica a um tecido eletricamente excitável (Zbio), por meio de dois elétrodos (3n, 3p) acoplados eletricamente ao referido tecido, o referido dispositivo de estimulação optoeletrônico compreendendo: (a) uma fonte (4) de impulsos elétricos, que está conectada eletricamente a (b) uma fonte de emissão de luz (2), em comunicação óptica com (c) uma célula fotovoltaica (1) conectada eletricamente a dois elétrodos (3n, 3p) para estabelecer dois contatos elétricos com o referido tecido e assim formar um circuito de estimulação elétrica alimentado pela célula fotovoltaica (1), que é energizada pela radiação da fonte de emissão de luz (2).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção diz respeito a um dispositivo de estimulação elétrica para utilização em um tratamento médico envolvendo o fornecimento de impulsos de corrente elétrica a um tecido eletricamente excitável, tal como um nervo ou um músculo, por meio de dois elétrodos acoplados eletricamente ao referido tecido. Em particular, diz respeito a esse dispositivo utilizando uma célula fotovoltaica ativada por luz para gerar a corrente fornecida ao referido tecido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O fornecimento de impulsos elétricos a um tecido, tal como um nervo ou um músculo, tem sido conhecido na técnica para o diagnóstico ou o tratamento de um número de transtornos, tais como a doença de Parkinson, a epilepsia, a dor crónica, transtornos motores, e muitas outras aplicações. Na sua forma mais simples, um dispositivo para o fornecimento desses impulsos elétricos compreende um gerador de impulsos elétricos, elétrodos de estimulação e fios acoplando eletricamente os elétrodos ao gerador de impulsos elétricos. Dependendo das aplicações, os elétrodos podem ser aplicados sobre a pele e a corrente elétrica transmitida por via transcutânea para o tecido a ser tratado. Em algumas aplicações, no entanto, os elétrodos devem ser aplicados diretamente sobre o tecido a ser tratado, o que requer a utilização de um dispositivo implantável. É claro que, no último caso, a miniaturização do implante é de suma importância.

[003] Dependendo do tecido a ser tratado, do tipo de elétrodos utilizado e da distância entre os elétrodos, a tensão requerida entre os elétrodos implantados é geralmente da ordem de 15V ± 5V. Essa tensão requer um gerador de impulsos elétricos de uma tal dimensão que os implantes de estimulação elétrica são geralmente formados por dois componentes separados: por um lado, os elétrodos que são implantados diretamente sobre o tecido a ser tratado e, por outro lado, o gerador de impulsos elétricos, de dimensões maiores, que pode ser implantado em diferentes locais do corpo, dependendo da aplicação, mas mais frequentemente na região subclávia, na área abdominal inferior ou região glútea. Os fios ligando o gerador de impulsos aos elétrodos são geralmente em espiral para proporcionar flexibilidade, para permitir que a distância desde o gerador de impulsos elétricos aos elétrodos seja variada e para aumentar a estabilidade mecânica, com uma maior compatibilidade relativamente aos movimentos do corpo. Por causa da utilização de fios elétricos, em particular, quando em espiral, esses implantes são incompatíveis com aparelhos de imagem por ressonância magnética (MRI - magnetic resonance imaging) e também com simples portais de detecção de metal, como os utilizados em aeroportos, bancos e semelhantes.

[004] Como mostrado na Figura 1 (b), são normalmente utilizados conversores digitais-analógicos (DAC - digital-analog converter) para fornecer a corrente e a tensão necessárias ao circuito de estimulação, mas poucos são satisfatoriamente precisos para tensões superiores a 5 V, ou mesmo a 10 V, fornecendo ao mesmo tempo uma resolução de corrente suficiente e com um consumo de energia compatível com um dispositivo implantável.

[005] O Potencial de Ação Composto (CAP - Compound Action Potential) é a soma algébrica de todos os potenciais de ação de fibra individuais de um tecido estimulado por elétrodos. O registro do CAP é importante porque revela a reatividade do tecido aos estímulos, a tensão de limiar, a latência do início do CAP, a distribuição de tipos de fibras que compõem o tecido estimulado, etc. O registro da resposta do CAP perto do ponto de estimulação é um grande desafio devido à pequena amplitude do CAP do nervo (tipicamente algumas dezenas de μV enquanto que o estímulo está na gama de 5 a 15 volts, resultando em uma grande contaminação da entrada do registro pelo artefato do estímulo que obscurece severamente o sinal genuíno do CAP.

[006] O gerador de impulsos elétricos em implantes de estimulação elétricos é geralmente alimentado por uma bateria, quer primária (não recarregável) quer recarregável. A bateria recarregável deve ser recarregada em intervalos regulares, apesar de o número de ciclos de recarga reduzir a vida e a capacidade da bateria, que pode variar de um dia a vários meses, dependendo das aplicações e do tipo e do tamanho da bateria. Como discutido acima, a bateria é geralmente implantada remotamente a partir do tecido a ser estimulado, em locais tais como no espaço subclavicular, na área abdominal ou na região glútea. A bateria pode ser recarregada transcutaneamente por meios conhecidos na técnica. Por exemplo, um dispositivo médico implantável pode incluir uma célula solar, configurada para fornecer energia para recarregar uma fonte de energia, tal como uma bateria. A célula solar pode ser implantada no corpo de um hospedeiro, de tal modo que uma superfície da célula solar é fornecida sob uma camada de pele translúcida, o que permite que a célula solar receba luz a partir do exterior do corpo. Exemplos desses sistemas são divulgados em US20090326597, WO2014136022 ou US20120035725.

[007] A US8744568 propõe um dispositivo médico compreendendo um polímero eletroativo implantável, o qual é estimulado eletricamente por uma célula fotovoltaica como fonte de energia elétrica. Este dispositivo pode ser utilizado em particular para liberação de um agente terapêutico no local. Este dispositivo não é, no entanto, utilizado para estimular eletricamente um tecido.

[008] Permanece uma necessidade na técnica de dispositivos de estimulação elétrica de tecido que são seguros, confiáveis, têm uma longa autonomia. Este deve também ser compatível com a MRI, permitir o registro do CAP perto do ponto estimulado e, para implantes, ser de tamanho pequeno. A presente invenção propõe um tal dispositivo. Estas e outras vantagens da presente invenção são apresentadas nas próximas seções.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] A presente invenção é definida nas reivindicações independentes anexas. As modalidades preferidas são definidas nas reivindicações dependentes. Em particular, a presente invenção diz respeito a um dispositivo de estimulação optoeletrônico para utilização em um tratamento médico envolvendo o fornecimento de uma corrente elétrica a um tecido eletricamente excitável por meio de dois elétrodos acoplados eletricamente ao referido tecido, compreendendo o referido dispositivo de estimulação optoeletrônico:

[0010] (a) uma fonte de impulsos elétricos, que está conectada eletricamente a

[0011] (b) uma fonte de emissão de luz, em comunicação óptica com

[0012] (c) uma célula fotovoltaica conectada eletricamente a dois elétrodos para estabelecer dois contatos elétricos com o referido tecido e assim formar um circuito de estimulação elétrica alimentado pela célula fotovoltaica (que é energizada pela radiação da fonte de emissão de luz).

[0013] Em uma modalidade preferida, a fonte de impulsos elétricos é adequada para levar a fonte de emissão de luz a emitir impulsos calibrados de luz com uma duração compreendida entre 1 μs e 10 ms, preferencialmente entre 10 μs e 1 ms. A célula fotovoltaica pode ser selecionada de tal modo que quando energizada por uma fonte de emissão de luz, fornece cargas compreendidas entre 0,01 e 50 μC, preferencialmente entre 0,1 e 10 μC, preferencialmente a uma tensão maior do que a tensão disponível a partir da fonte de impulsos elétricos.

[0014] Na prática, é preferível que o dispositivo de estimulação optoeletrônico compreenda ainda um invólucro contendo a fonte de impulsos elétricos e sendo fisicamente separado dos elétrodos. O dispositivo de estimulação pode assim apresentar uma das seguintes configurações:

[0015] (a) O invólucro contém também a fonte de emissão de luz, a célula fotovoltaica e compreende conectores elétricos adequados para conectar eletricamente a célula fotovoltaica aos dois elétrodos para formar o circuito de estimulação elétrica; ou

[0016] (b) O invólucro contém também a fonte de emissão de luz e está conectado a uma fibra óptica para transmitir a luz emitida pela fonte de emissão de luz para a célula fotovoltaica encerrada em uma caixa com localização separada do invólucro e adjacente aos elétrodos; ou

[0017] (c) A caixa encerra a célula fotovoltaica e a fonte de emissão de luz, a qual está em contato elétrico com a fonte de impulsos elétricos contida no invólucro,

[0018] A fim de evitar efeitos secundários nocivos, é preferível que o dispositivo de estimulação optoeletrônico compreenda ainda,

[0019] uma fonte recuperável de emissão de luz em comunicação óptica com

[0020] uma célula fotovoltaica de recuperação conectada eletricamente aos dois elétrodos para estabelecer dois contatos elétricos com o referido tecido e assim formar um circuito de recuperação de carga elétrica em paralelo com o circuito de estimulação elétrica e alimentado pela célula fotovoltaica de recuperação,

[0021] de tal modo que quando a célula fotovoltaica de recuperação é energizada pela fonte de recuperação de emissão de luz, uma corrente flui através do tecido em um sentido oposto à corrente fluindo no circuito de estimulação elétrica, de modo a remover qualquer carga eletroquímica acumulada na interface elétrodo-tecido.

[0022] Por razões de segurança e para evitar a transmissão de uma corrente contínua (DC - direct current) para o circuito de estimulação, se prefere que o dispositivo de estimulação optoeletrônico compreendendo ainda um circuito de bloqueio de DC compreenda uma capacitância de segurança colocada em série com a fonte de emissão de luz.

[0023] Um dispositivo de estimulação optoeletrônico de acordo com a presente invenção pode compreender um sistema de controle sem fio indicativo da corrente efetivamente fornecida a um tecido durante uma sequência de estimulação. Em uma modalidade, o referido sistema de controle pode compreender uma fonte de emissão de luz de controle localizada em série com os elétrodos e a célula fotovoltaica, a referida fonte de emissão de luz de controle emitindo uma luz quando ativada eletricamente, o dispositivo compreendendo ainda um sensor de emissão de luz em comunicação óptica com a fonte de emissão de luz de controle e acoplado a um processador programado para registrar os impulsos emitidos pela fonte de emissão de luz de controle, sendo o referido processador preferencialmente parte da fonte de impulsos elétricos.

[0024] Em uma modalidade alternativa, o referido sistema de controle pode compreender um circuito de controle, compreendendo:

[0025] (a) uma célula fotovoltaica de controle (1C) em comunicação óptica com a mesma fonte (2) de emissão de luz que a célula fotovoltaica (1) do circuito de estimulação,

[0026] (b) uma fonte de emissão de luz de controle (13) emitindo uma luz quando ativada eletricamente pela célula fotovoltaica de controle (1R), o dispositivo compreendendo ainda

[0027] (c) um sensor de emissão de luz (9) em comunicação óptica com a fonte (13) de emissão de luz de controle e acoplado a um processador programado para registrar os impulsos emitidos pela fonte de emissão de luz de controle, sendo o referido processador preferencialmente parte da fonte de impulsos elétricos.

[0028] O dispositivo de estimulação optoeletrônico pode ser na forma de um implante, concebido de tal modo que, pelo menos, os elétrodos podem ser implantados próximo do tecido a ser estimulado eletricamente. Um invólucro contendo pelo menos a fonte de impulsos elétricos pode ser implantado em uma localização remota do tecido a ser estimulado eletricamente. Em uma modalidade preferida, um invólucro contendo pelo menos a célula fotovoltaica pode ser implantado adjacente aos elétrodos e ao tecido a ser estimulado eletricamente.

[0029] O tecido eletricamente excitável a ser alimentado com corrente elétrica é preferencialmente selecionado a partir de (a) tecidos neurais e (b) tecidos musculares. Um dispositivo de estimulação optoeletrônico de acordo com a presente invenção pode ser utilizado para aplicação diagnóstica e terapêutica tanto em tecidos neurais como em tecidos musculares em várias aplicações médicas. Além dos dispositivos implantáveis, um dispositivo de estimulação optoeletrônico de acordo com a presente invenção pode estimular um tecido transcutaneamente, aplicando os elétrodos sobre a pele de um paciente, em vez de os implantar. Dispositivos extracorpóreos podem ser utilizados de forma semelhante em várias aplicações diagnósticas e terapêuticas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0030] Para uma compreensão mais completa da natureza da presente invenção, se faz referência à descrição detalhada a seguir, em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:

[0031] Figura 1: mostra (a) um exemplo de dispositivo de estimulação elétrica da técnica anterior, (b) um exemplo de fonte de impulsos elétricos e (c) um exemplo de sequência de impulsos elétricos.

[0032] Figura 2: mostra (a) um dispositivo de estimulação elétrica de acordo com a presente invenção e (b) um exemplo de célula fotovoltaica.

[0033] Figura 3: mostra várias modalidades da presente invenção com a fonte (4) de impulsos elétricos, a fonte (2) de emissão de luz e a célula fotovoltaica (1) dispostas em diferentes configurações.

[0034] Figura 4: mostra (a) um impulso de estimulação seguido por um impulso de recuperação; e as restantes figuras (b) a (d) mostram um circuito de estimulação de acordo com a presente invenção (b) acoplado a um circuito de recuperação, (c) compreendendo uma capacitância em paralelo, (d) compreendendo uma capacitância em série e uma resistência em paralelo e (d) em que o circuito de emissão de luz compreende uma capacitância.

[0035] Figura 5: mostra diversas modalidades para proporcionar um feedback sobre os impulsos transmitidos ao tecido estimulado.

[0036] Figura 6: mostra várias configurações da fonte de emissão de luz e da fonte de impulsos elétricos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0037] Tal como ilustrado na Figura 1(a), um dispositivo de estimulação de impulso elétrico tradicional compreende uma fonte (4) de impulsos elétricos acoplados a elétrodos (3n, 3p) que são aplicados sobre a pele na região do tecido a ser estimulado no caso de elétrodos extracorpóreos, ou diretamente sobre o tecido a ser tratado, no caso de dispositivos implantados. O tecido a ser estimulado é representado como Zbio nas Figuras. Uma capacitância é normalmente adicionada no circuito por razões de segurança, para evitar que uma corrente DC passe acidentalmente para o tecido.

[0038] A fonte (4) de impulsos elétricos deve ser capaz de fornecer impulsos calibrados de forma muito precisa de corrente elétrica de intensidade compreendida entre 0,01 e 100 mA e superior, e com uma duração compreendida entre 1 μs e 10 ms, preferencialmente entre 10 μS a 1 ms. Um exemplo de fonte (4) de corrente elétrica é representado na Figura 1(b), compreendendo um gerador, tal como uma bateria, um microcontrolador (μc) programado para fornecer impulsos calibrados da forma requerida, intensidade (i0), duração (ti) e com a frequência requerida (1/tf) e um conversor digital-analógico (DAC) para converter o sinal digital do μc em corrente analógica enviada aos elétrodos. A resolução é geralmente requerida como sendo de pelo menos 8 bits para assegurar a seletividade e o ajuste fino necessários.

[0039] Um dispositivo de estimulação elétrica de acordo com a presente invenção, bem como de acordo com a técnica anterior, tem de ser capaz de fornecer cargas da ordem de 0,01 a 50 μC, preferencialmente 0,1 a 10 μC ao tecido a ser tratado. Para elétrodos implantados, a resistência do tecido, Zbio, é da ordem de 3-5 KQ. Com uma corrente da ordem de mA, tal como 0,1-3 mA, a tensão requerida entre os elétrodos é da ordem de 10 V. Para dispositivos de estimulação de superfície utilizando elétrodos extracorpóreos (ou transcutâneos), a resistência do tecido, Zbio, é substancialmente mais elevada, com valores típicos da ordem de 100 KQ, e para impulsos de corrente longos de 100 μs da ordem de não mais do que 100 mA, uma tensão da ordem de até 300 V pode ser requerida entre os elétrodos. Dependendo da aplicação, a duração dos impulsos elétricos pode variar de 1 μs a 10 ms, preferencialmente de 10 μs a 1 ms.

[0040] Como discutido na introdução, o fornecimento de corrente elétrica através de fios relativamente longos, os quais são geralmente em espiral, é desvantajoso porque são incompatíveis com a MRI e os portais de detecção de metal magnético. Além disso, os requisitos de corrente dos dispositivos de estimulação elétrica são tais que exigem baterias de grande capacidade e/ou carregamento frequente da bateria, o que é uma operação longa e fastidiosa para o paciente se repetida frequentemente.

[0041] Tal como ilustrado na Figura 2(a), um dispositivo de estimulação elétrica de acordo com a presente invenção difere dos dispositivos da técnica anterior na forma como os impulsos elétricos fornecidos pela fonte (4) de impulsos elétricos chega aos elétrodos. A fonte (4) de impulsos elétricos pode ser do tipo representado na Figura 1(b). A essência da presente invenção reside no fato de a corrente não ser fornecida diretamente desde o gerador de impulsos (4) para os elétrodos (3n, 3p), contrariamente aos dispositivos da técnica anterior, mas para uma fonte de emissão de luz (2). A fonte de emissão de luz (2) é vantajosamente um diodo emissor de luz (LED - light emitting diode), ou um LED a laser. O termo “luz” é aqui utilizado em um sentido lato, não se limitando a luz visível. Uma fonte de emissão de luz (2) apropriada para a presente invenção deve ser capaz de emitir uma luz tendo um comprimento de onda compreendido entre 300 e 2000 nm, preferencialmente entre 400 e 1800 nm, mais preferivelmente entre 700 e 1550 nm. A luz emitida é preferencialmente monocromática.

[0042] A energia dos impulsos de luz emitidos pela fonte de emissão de luz (2) quando a corrente, I4, é fornecida pela fonte (4) de impulsos elétricos é transformada em corrente elétrica por meio de uma célula fotovoltaica (PV - photovoltaic) (1) posicionada em comunicação óptica com a fonte (2) de emissão de luz e fornecendo uma corrente, I1. Uma célula fotovoltaica (2) compreende um material de absorção (por exemplo, um semicondutor dopado ou não) absorvendo e convertendo luz em corrente elétrica, I12. Uma das propriedades principais de uma célula fotovoltaica é a conversão de potência óptica (OPC - optical power conversion), que mede a capacidade de um material para converter luz em corrente elétrica. A conversão de potência óptica de uma determinada célula fotovoltaica depende, evidentemente, do comprimento de onda da luz absorvida. O tipo de célula fotovoltaica tem, por conseguinte, sempre de ser selecionado em combinação com a fonte de emissão de luz mais apropriada para utilização com essa célula fotovoltaica. Têm sido relatadas na literatura conversões de potência óptica superiores alcançadas com valores de luz monocromática e OPC de até 50%. As células fotovoltaicas mais comumente utilizadas compreendem células PV de silício amorfo, mono ou policristalino, células PV de telureto de cádmio (CdTe), células PV de selenieto de gálio e índio e cobre (CI(G)S), células PV de germânio e arsenieto de gálio (GaAs) e semelhantes.

[0043] Tal como ilustrado na Figura 2(b), o material de absorção (12) de uma célula fotovoltaica é geralmente modelado como um circuito PV (10) compreendendo uma fonte de corrente (12) em paralelo com um diodo (11), e com resistências em série e em paralelo. A saída de tensão para um tal circuito PV depende da carga aplicada no mesmo e das propriedades do diodo. A fim de alargar a gama de saída de tensão de uma célula fotovoltaica (1), vários desses circuitos PV (10) podem ser dispostos em série, como indicado por “Nx” na Figura 3(b).

[0044] Cada célula fotovoltaica é caracterizada por uma curva de corrente versus tensão disponível do fornecedor, com uma intensidade linear, substancialmente constante, fornecida independentemente da tensão, que é limitada por um limiar de potência máximo definindo as tensões acima das quais a corrente cai subitamente. É claro que as células fotovoltaicas (1), utilizadas isoladamente ou em combinação com outras células fotovoltaicas (cf. Figura 6), têm de ser selecionadas como uma função da tensão desejada requerida nos elétrodos, de tal modo que para a corrente desejada, a referida tensão está bem dentro da porção linear da curva de corrente vs tensão (ou seja, bem abaixo do limiar de potência). Um perito na técnica sabe como garantir que este requisito é satisfeito.

[0045] A corrente é fornecida aos elétrodos (3n, 3p) diretamente a partir da célula fotovoltaica (1) e não, como na técnica anterior, pela fonte (4) de impulsos elétricos. Isto tem muitas vantagens. Por exemplo, quando é requerida uma tensão da ordem de 10 V entre elétrodos implantados (3n, 3p), a fonte (2) de emissão de luz requer tensão muito menor, da ordem de 0,5 a 4,5 V, preferencialmente de 0,8 a 3 V, com vantagens óbvias em termos de tamanho reduzido e autonomia prolongada da fonte (4) de impulsos elétricos. Por exemplo, contrariamente a um dispositivo tal como ilustrado na Figura 1(a), não é requerido nenhum conversor DC-DC em um dispositivo da presente invenção para aumentar a tensão da bateria disponível até à tensão de saída alta requerida.

[0046] Além disso, durante uma série de impulsos elétricos, a corrente é requerida pelo sistema só durante a estimulação. Por exemplo, a Figura 1(c) mostra um exemplo de sequência de impulsos de estimulação, compreendendo duas séries de estimulação de duração, ts, cada uma compreendendo n impulsos (aqui quadrados) de intensidade, i0 e duração, ti, repetidas com uma frequência de 1/tf, e separadas por um período de repouso, tr. Em contraste, em um dispositivo de estimulação da técnica anterior, como representado na Figura 1(a), parte do circuito de geração de corrente e entrada analógica de alta tensão necessitam de ser alimentadas o tempo todo ou requerem um longo tempo de inicialização, incompatível com a duração entre os impulsos de estimulação. Se segue que esse dispositivo de estimulação da técnica anterior iria requerer que a energia fosse fornecida por uma bateria durante todo o período de estimulação, ts, de uma série de n impulsos como representado na Figura 1(c) (a saber, n x tf), a corrente em um dispositivo de acordo com a presente invenção requer apenas corrente quando os impulsos de luz estão a ser emitidos pela fonte (2) de emissão de luz, ou seja, durante um tempo = (n x ti) < (n x tf). Por exemplo, uma sequência de estimulação representativa de tratamento da epilepsia, caracterizada por n = 30 impulsos de duração, ti = 250 μs a uma frequência, 1/tf = 1 Hz, para um período de estimulação, ts = 30 s, e período de repouso, tr = 300 s, a relação, tinv/tPA, do tempo, tinv, a fonte (2) de emissão de luz tem de ser energizada para o tempo, tPA, um circuito de acordo com a Figura 1(a) deve ser energizado é igual a 0,03%. A uma frequência, 1/tf = 30 Hz, n = 900 e a relação, tinv/tPA = ti / tf = 0,75%. Se segue que durante a duração, ts, de uma sequência de estimulação de n impulsos, um dispositivo de estimulação de acordo com a presente invenção é energizado apenas uma pequena fração do tempo que um dispositivo de estimulação da técnica anterior é energizado (nos dois exemplos supra, menos de 1% do tempo (isto é, tinv/tPA <1%)), resultando em um consumo de energia consideravelmente menor.

[0047] Os dois efeitos precedentes combinados - menor tensão e tempo de energização mais curto - permitem reduzir consideravelmente o tamanho da fonte (4) de impulsos elétricos, e/ou prolongar a autonomia da bateria, exigindo assim sessões de recarregamento da bateria substancialmente menos frequentes, para o benefício e conforto do anfitrião de tinv / tPA = 250 μs / 1s = 2.5 10-4. tinv / tPA = 250 μs x 30 s-1 = 0.75% um implante. Outras aplicações, para além da epilepsia discutida acima, requerem outros tipos de sequências de estimulação. A sequência de impulsos da Figura 1(c) é particularmente simples e uma pessoa especialista na técnica sabe que são possíveis muitas sequências diferentes.

[0048] A fonte de impulsos elétricos (4) de um dispositivo de estimulação optoeletrônico de acordo com a presente invenção deve ser adequada para levar a fonte de emissão de luz a emitir impulsos calibrados de luz com uma duração compreendida entre 10 μs e 10 ms. A fonte (2) de emissão de luz e a célula fotovoltaica (1) devem ser selecionadas de tal modo que, durante cada impulso, cargas compreendidas entre 0,01 e 50 μC, preferencialmente entre 0,1 e 10 μC são fornecidas pela célula fotovoltaica (1) na tensão desejada, preferencialmente da ordem de 5-30 V, preferivelmente de 15 V ± 7 V para dispositivos implantados, e da ordem de até 300 V para dispositivos extracorpóreos. É vantajoso se a tensão fornecida pela célula fotovoltaica (1) é maior do que a tensão disponível a partir da fonte de impulsos elétricos (4), que pode ser da ordem de 0,5 a 4,5 V, preferencialmente de 0,8 a 3 V.

[0049] Tal como ilustrado na Figura 3(a), o circuito de estimulação completo pode ser envolvido por um invólucro (20) com conectores elétricos (8) para conectar os fios elétricos que terminam nos elétrodos (3n, 3p). Esta configuração seria semelhante à utilizada convencionalmente em estimuladores elétricos implantados da técnica anterior, com a vantagem de um menor consumo de energia. Para elétrodos extracorpóreos, a utilização de fios elétricos apresenta a vantagem óbvia para os problemas de segurança relacionados com qualquer sistema compreendendo um gerador de corrente acoplado eletricamente a um corpo, uma vez que os elétrodos (3n, 3p) são eletricamente separados e isolados da fonte (4) de impulsos elétricos. Para elétrodos implantados, por outro lado, a utilização de fios eletricamente condutores é incompatível com aparelhos de MRI.

[0050] Um dispositivo de estimulação optoeletrônico de acordo com a presente invenção é altamente vantajoso, porque todos os elementos do circuito de estimulação, excluindo a bateria, são muito pequenos e podem ser integrados em um circuito integrado (IC) envolvido por uma caixa (30) de tamanho muito pequeno, com um consumo de energia e aquecimento muito limitados. Se segue que, quando a bateria pode estar contida no invólucro (20), o resto do circuito de estimulação pode ser situado adjacente aos elétrodos. Por exemplo, como ilustrado na Figura 3(b), a fonte (4) de impulsos elétricos pode ser armazenada em um invólucro (20); ao passo que todos os outros elementos, incluindo a fonte (2) de emissão de luz e a fonte de energia fotovoltaica, podem ser integrados no mesmo encapsulamento (30).

[0051] Ao mover a fonte (2) de emissão de luz para dentro do invólucro (20) contendo a fonte (4) de impulsos elétricos, um sistema livre de fios elétricos pode ser obtido tal como ilustrado na Figura 3(c), em que a luz emitida a partir do invólucro (20) é transmitida para o encapsulamento (30) contendo a célula fotovoltaica (1) situada perto ou nos elétrodos (3n, 3p) por meio de uma fibra óptica (7). Isto tem a vantagem de ser totalmente compatível com a MRI, ao contrário de dispositivos compreendendo fios eletricamente condutores.

[0052] Na modalidade ilustrada na Figura 3(d), a fonte (2) de emissão de luz e a fonte (4) de impulsos elétricos estão situadas fora do corpo do hospedeiro, enquanto a célula fotovoltaica (1) está implantada subcutaneamente e exposta à luz emitida e transmitida através da pele (7s). Esta modalidade também é destituída de fios eletricamente condutores, mas adequada apenas para tratamentos intermitentes uma vez que a célula fotovoltaica (1) deve ser exposta a uma fonte (2) externa de emissão de luz.

[0053] As cargas fornecidas a um tecido devem ser recuperadas, antes que mudanças eletroquímicas irreversíveis tenham lugar. Por esta razão, se prefere que o circuito elétrico seja feito bipolar, isto é, que a corrente pode circular em ambos os sentidos. O circuito de estimulação transporta cargas em um primeiro sentido para estimular o tecido, e um circuito de recuperação de carga elétrica é formado transportando cargas no sentido oposto. Este processo é ilustrado na Figura 4(a) mostrando um impulso (S) de estimulação elétrica, seguido de um impulso (R) de recuperação de carga equilibrada, que devem, idealmente, ter a mesma área de corrente x tempo que o impulso de estimulação. Um exemplo de circuito de recuperação é ilustrado na Figura 4(b). A porção de circuito situada no lado esquerdo do tecido (Zbio) a ser tratado é o circuito de estimulação como discutido acima e correspondente ao circuito ilustrado na Figura 2(a). O circuito do lado direito do tecido (Zbio) é o circuito de recuperação montado em paralelo com o circuito de estimulação, e apenas diferindo do último, na medida em que o sentido da corrente, I1R, é invertido com respeito à corrente, I1, do circuito de estimulação. O circuito de recuperação de carga elétrica compreende a sua própria fonte (2R) de emissão de luz e a sua própria célula fotovoltaica (1R). O circuito de estimulação e o circuito de recuperação devem ser ativados alternativamente, não simultaneamente.

[0054] Outra modalidade de um circuito de recuperação é ilustrada na Figura 3(e), mostrando as fontes independentes (4, 4R) de impulsos elétricos, fontes (2, 2R) de emissão de luz e células fotovoltaicas (1, 1R) posicionadas em paralelo e em orientações opostas. Nesta modalidade, as duas fontes (2, 2R) de emissão de luz estão situadas em um invólucro (20) opticamente conectado por meio de uma fibra óptica a uma caixa (30) contendo as duas células fotovoltaicas (1, 1R). A fim de impedir que as duas células fotovoltaicas (1, 1R) sejam ativadas simultaneamente, filtros (1F, 1RF) estão posicionados entre as fontes (2, 2R) de emissão de luz e as células fotovoltaicas (1, 1R). As fontes (2, 2R) de emissão de luz emitem preferencialmente em diferentes espectros monocromáticos, e o filtro de estimulação (1F) corta o comprimento de onda da fonte de recuperação (2R) de emissão de luz, enquanto o filtro de recuperação (1RF) corta o comprimento de onda emitido pela fonte de estimulação (2) de emissão de luz. Com este sistema simples, a ativação simultânea dos circuitos de estimulação e de recuperação pode ser evitada durante a utilização de um único núcleo de fibra para transmissão de luz a partir de ambas as fontes (2, 2R) de emissão de luz. Outra opção, não requerendo necessariamente filtros (1F, 1RF) e permitindo que fontes de emissão de luz do mesmo comprimento de onda sejam utilizadas, é a utilização de dois núcleos de fibra (7, 7R) separados, cada um dos núcleos servindo para a transmissão de luz a partir de uma das duas fontes (2, 2R), exclusivamente para a célula fotovoltaica (1, 1R) correspondente. Os dois núcleos podem ser envolvidos dentro de um único revestimento de fibra (cf. Figura 3(f)).

[0055] Outros sistemas de recuperação são possíveis. Por exemplo, como ilustrado na Figura 4(c) uma resistência de recuperação está posicionada em paralelo com a célula fotovoltaica (1). Na Figura 4(d) uma capacitância (5d) posicionada em série com a célula fotovoltaica (1) permite a recuperação de cargas. É claro, as cargas recuperadas por uma capacitância necessitam ser descarregadas em uma fase posterior. O circuito ilustrado na Figura 4(e) compreende uma capacitância (5) situada em série no circuito da fonte (2) de emissão de luz. Este sistema oferece um alto nível de segurança, porque, se nenhuma corrente atinge a fonte (2) de emissão de luz, nenhuma corrente pode, possivelmente, ser gerada no circuito de estimulação pela célula fotovoltaica (1). Esta é claramente uma vantagem, pois uma descarga de DC no tecido é praticamente impossível.

[0056] O registro do Potencial de Ação Composto (CAP), ou seja, a corrente fluindo efetivamente através do tecido (Zbio) é um importante retorno para a pessoa encarregada do tratamento. Este registro é bastante difícil, porque requer a medição do sinal adjacente aos elétrodos com cablagem adicional se estendendo entre um processador e os elétrodos. Enquanto para uma medição completa do CAP essa cablagem adicional é também requerida com um dispositivo da presente invenção, este último permite ao circuito de estimulação estar isolado eletricamente a partir do circuito de medição do CAP, facilitando a medição ao eliminar o artefato do estímulo. A invenção também permite o registro sem fio da corrente efetivamente transmitida ao tecido estimulado pela célula fotovoltaica (1). Ao garantir que o sinal emitido pela fonte (4) de impulsos elétricos foi efetivamente fornecido ao tecido tratado, esses sistemas de retorno podem detectar erros na transmissão óptica. A informação de retorno pode também ser feita por medições integrais do potencial do elétrodo, que fornece valores da impedância dos elétrodos e confirma a ativação do tecido alvo, requeridos para uma avaliação dos parâmetros fisiológicos. A Figura 5 mostra várias modalidades viabilizando medições de retorno da corrente gerada na célula PV ou nos elétrodos.

[0057] A Figura 5(a) mostra uma modalidade compreendendo uma célula fotovoltaica de controle (1C) exposta à mesma fonte (2) de emissão de luz que a célula fotovoltaica (1) do circuito de estimulação por meio de uma única fibra óptica (7). Um diodo emissor de luz é acoplado à célula fotovoltaica de controle (1C) e emite luz quando esta é ativada pela corrente, I1C. Um sensor de emissão de luz (9) situado na outra extremidade da fibra óptica e acoplado ao microcontrolador é fornecido para registrar todos os sinais de luz indicativos de que a fonte (2) de emissão de luz atingiu a célula fotovoltaica (1), bem como a célula de controle (1C).

[0058] Quando o sistema de controle da Figura 5(a) é indireto na medida em que a corrente não é medida diretamente no circuito de estimulação, a modalidade da Figura 5(b) é um sistema de controle direto. Um diodo emissor de luz (13) (LED) está posicionado em série no circuito de estimulação. Sempre que a corrente circula no circuito de estimulação, o LED (13) emite luz recebida por um sensor de emissão de luz (9) acoplado ao microcontrolador. Esta modalidade proporciona um registro direto da corrente de estimulação efetivamente fornecida ao tecido de uma forma extremamente compacta, sem necessidade de cablagem adicional.

[0059] A modalidade da Figura 5(c) é a mesma que a discutida com respeito à Figura 5(b) com um circuito de recuperação adicional. Ambos os circuitos de estimulação e de recuperação são fornecidos com um LED (13) posicionado em série nos respectivos circuitos. Um sensor de emissão de luz (9) é fornecido para ambos os LED e acoplado ao microcontrolador, que pode, em seguida, registrar o CAP do dispositivo no modo de estimulação e no modo de recuperação.

[0060] Um dispositivo de estimulação optoeletrônico de acordo com a presente invenção é muito vantajoso na medida em que é uma fonte de corrente de precisão de alta tensão. Além disso, é muito versátil, e pela montagem de alguns elementos básicos, pode ser adaptado a vários requisitos, tais como a dinâmica de saída de tensão nos elétrodos. A Figura 6(a) mostra um conjunto básico de uma determinada fonte (4) de impulsos elétricos, uma fonte (2) de emissão de luz e uma célula fotovoltaica (1), correspondentes ao dispositivo representado na Figura 2(a). Como mostrado na Figura 6 (b), a tensão disponível nos elétrodos pode ser aumentada posicionando as células fotovoltaicas (1) em série. Esta é uma característica importante porque, como discutido anteriormente, a tensão requerida nos elétrodos varia desde valores da ordem de cerca de 10 V e mais para elétrodos implantados e até cerca de 300 V para elétrodos extracorpóreos. Alternativamente, as células fotovoltaicas (1) podem ser posicionadas em paralelo para aumentar a intensidade da corrente como ilustrado na Figura 6(c).

[0061] A montagem em diferentes configurações de várias fontes (2) de emissão de luz, tais como os LED (2), também pode ser vantajoso, dependendo da tensão da fonte (4) de impulsos elétricos. Por exemplo, se a tensão da fonte (4) de impulsos elétricos é relativamente baixa, por exemplo, cerca de 1,8 V, os LED (2) podem ser preferencialmente posicionados em série, tal como mostrado na Figura 6(b) e (c). Por outro lado, com uma fonte (4) de impulsos elétricos fornecendo uma tensão mais alta, por exemplo, de 3,7 V, pode ser vantajoso posicionar os LED em paralelo, como mostrado na Figura 6(d), a fim de impedir a queda de tensão quando o fornecimento de corrente é diminuído. A flexibilidade do presente dispositivo, ao organizar os componentes básicos em configurações diferentes, é muito vantajosa, e reduz os custos de produção. Outras disposições de várias fontes (2) de emissão de luz e de células fotovoltaicas (1) em série, em paralelo, ou combinações de disposições em série e em paralelo são possíveis.

[0062] O dispositivo de estimulação optoeletrônico da presente invenção também é muito vantajoso pelas seguintes razões. Em primeiro lugar, cumpre os requisitos para os dispositivos de estimulação de tecidos. Em particular, é capaz de fornecer aos elétrodos (3n, 3p) a corrente requerida na ordem de 0,01-100 mA, e mais particularmente da ordem de 0,1 e 3 mA. As tensões desejadas nos elétrodos podem ser facilmente fornecidas para ambos os elétrodos implantados, com tensões da ordem de 10 V e mais, e os elétrodos extracorpóreos, com tensões que podem ir até 300 V. O dispositivo pode facilmente fornecer, pelo menos, uma resolução de 8 bits para assegurar a seletividade e o ajuste fino. Ele pode ser equipado com um circuito de recuperação muito eficiente dando origem a um sistema bipolar. O dispositivo de estimulação optoeletrônico da presente invenção é, portanto, adequado para utilização em aplicações médicas. É, no entanto, vantajoso em relação aos dispositivos de estimulação existentes pelas seguintes razões.

[0063] O dispositivo de estimulação optoeletrônico da presente invenção é muito mais compacto do que os dispositivos existentes do tipo apresentado na Figura 1(a). Não só requer uma bateria menor (ou a mesma bateria tem uma maior autonomia), uma vez que consome menos energia do que os dispositivos de acordo com a Figura 1(a), mas a célula fotovoltaica (1) e, opcionalmente, a fonte (2) de emissão de luz podem ser compactadas até uma tal medida que podem ser situadas adjacentes aos elétrodos, até mesmo para os elétrodos implantados. Isto dá a possibilidade de utilizar fibras ópticas em lugar de cablagem elétrica, a qual é incompatível com aparelhos de MRI e portais de detecção de metal magnético, em particular quando os fios são em espiral. Com a versatilidade proporcionada por várias combinações de elementos básicos, o dispositivo de estimulação optoeletrônico da presente invenção pode ser adaptado a aplicações médicas mais específicas, independentemente do tipo de tecido a ser estimulado e das tensões e correntes necessárias requeridas para cada aplicação. A tensão da fonte (4) de impulsos elétricos não necessita de coincidir com a tensão requerida entre os elétrodos (3n, 3p). Além disso, é muito seguro, uma característica muito importante para dispositivos médicos. O vazamento (corrente escura) nesses dispositivos é insignificante, da ordem de menos do que 100 nA. Além das características de segurança conhecidas na técnica, uma capacitância posicionada no circuito de emissão de luz praticamente exclui qualquer fornecimento de corrente DC para os elétrodos.

APLICAÇÕES MÉDICAS

[0064] Um dispositivo de estimulação optoeletrônico de acordo com a presente invenção pode ser utilizado para estimular eletricamente tecidos eletricamente excitáveis (Zbio) selecionados a partir de (a) tecidos neurais e (b) tecidos musculares. Os elétrodos podem ser implantados e aplicados diretamente sobre o tecido a ser estimulado ou, alternativamente, podem ser aplicados sobre a pele, na região onde os tecidos a serem estimulados estão situados. No caso de elétrodos implantados, todas as modalidades são possíveis desde que os elétrodos sejam implantados. Em particular, a célula fotovoltaica (1), a fonte (2) de emissão de luz e a fonte (4) de impulsos elétricos podem ser implantadas ou não. Como discutido com referência à Figura 3, mesmo quando todos os elementos do dispositivo são implantados, eles podem ser implantados em diferentes regiões do corpo do hospedeiro. Uma característica única da presente invenção é que a célula fotovoltaica (1) e, opcionalmente, a fonte (2) de emissão de luz podem ser miniaturizadas até uma tal medida que podem ser implantadas adjacentes aos elétrodos e ao tecido a ser estimulado, enquanto apenas a fonte (4) de impulsos elétricos e opcionalmente a fonte (2) de emissão de luz é implantada separadamente, e podem ser sem fio, utilizando fibras ópticas para transmitir luz à célula fotovoltaica (1) como ilustrado na Figura 3(c).

[0065] Dispositivos de estimulação optoeletrônicos implantáveis de acordo com a presente invenção podem vantajosamente ser utilizados para estimular (a) tecidos neurais (Zbio) em qualquer das seguintes aplicações:

[0066] (a1) Estimulação cerebral profunda para o tratamento da doença de Parkinson, da epilepsia, da depressão, do transtorno obsessivo-compulsivo, da distonia, do tremor essencial, da dor ou da cegueira;

[0067] (a2) Estimulação cerebral cortical para o tratamento da surdez, da cegueira ou da epilepsia;

[0068] (a3) Estimulação da medula espinhal para o tratamento da dor, da paraplegia, da espasticidade, da doença de Parkinson;

[0069] (a4) Estimulação da raiz espinhal para o tratamento da dor, da incontinência;

[0070] (a5) Estimulações nervosas sensoriais, tais como a estimulação da cóclea para a surdez ou a estimulação do nervo óptico para a cegueira;

[0071] (a6) Estimulação do nervo motor para o tratamento de paralisias de origem central, tais como a síndrome do pé caído, a estimulação do nervo frénico em doenças do aparelho respiratório, a estimulação do nervo hipoglosso em síndromes de apneia do sono;

[0072] (a7) Estimulação do nervo sensorial para o tratamento da dor ou fornecer retorno háptico ou outras informações de modalidade sensorial, em pacientes com uma prótese;

[0073] (a8) Estimulação do nervo vago para o tratamento da epilepsia, da depressão, da dor, de síndromes inflamatórias, da obesidade, da insuficiência cardíaca;

[0074] Da mesma forma, podem ser vantajosamente utilizados para estimular (b) tecidos musculares (Zbio) em qualquer das seguintes aplicações:

[0075] (b1) Estimulação muscular para o tratamento da escoliose, de várias paralisias de origem periférica, de insuficiências respiratórias, de síndromes de apneia do sono; ou

[0076] (b2) Estimulação do coração para o tratamento de arritmias cardíacas.

[0077] Dispositivos de estimulação optoeletrônicos de acordo com a presente invenção podem ser utilizados para o diagnóstico de doenças nervosas e musculares, medindo latências de resposta, velocidades de condução, amplitudes de resposta, limiares de estimulação ou curvas de recrutamento para respostas diretas e reflexivas. Esses métodos de diagnóstico podem incluir qualquer uma das seguintes aplicações:

[0078] (i) Teste do nervo motor em que o estimulador ativa o motor ou nervos mistos através da pele, enquanto a atividade muscular mecânica ou elétrica correspondente está sendo registrada.

[0079] (ii) Teste do nervo sensorial em que o estimulador ativa nervos sensoriais através da pele, enquanto o potencial de ação composto do nervo resultante está sendo registrado.

[0080] (iii) Estimulação transcutânea de nervos sensoriais ou mistos, enquanto registrando os potenciais evocados em vários pontos ao longo do caminho central até ao cérebro.

[0081] (iv) Estimulação muscular direta transcutânea, enquanto a atividade muscular mecânica ou elétrica correspondente está sendo registrada.

[0082] Alternativamente, um dispositivo de estimulação optoeletrônico extracorpóreo da presente invenção pode ser utilizado para outras aplicações terapêuticas, incluindo estimulação transcutânea de nervos ou músculos motores:

[0083] (i) Em um tratamento protético para a paralisia ou paresia de origem central, por exemplo, no tratamento de uma 'síndrome do pé caído'.

[0084] (ii) Para manter o estado dos órgãos periféricos, enquanto estruturas neurais centrais paralisadas regeneram e, a fim de evitar a espasticidade, as escaras e outras complicações resultantes da imobilização.

[0085] (iii) Para melhorar a força muscular em caso de enfraquecimento local ou assimetria, tais como na escoliose.

[0086] (iv) Em aplicações relacionadas com a construção do corpo e o treinamento esportivo.

[0087] Um dispositivo de estimulação optoeletrônico extracorpóreo da presente invenção também pode ser utilizado para tratamentos terapêuticos por estimulação transcutânea de nervos sensoriais ou regiões sensíveis:

[0088] (i) Para reduzir a dor.

[0089] (ii) Para apresentar a uma pessoa cega com uma estimulação da pele modelada em um dispositivo de substituição sensorial.

[0090] (iii) Para fornecer um sinal de aviso ou aferente em dispositivos para combater a sonolência.

Claims

1. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, configurado para ser usado em um tratamento médico envolvendo o fornecimento de uma corrente elétrica a um tecido eletricamente excitável (Zbio), por meio de dois elétrodos (3n, 3p) acoplados eletricamente ao referido tecido, o referido dispositivo de estimulação optoeletrônico compreendendo: (a) um invólucro (20) contendo uma fonte (4) de impulsos elétricos, que está conectada eletricamente a (b) uma fonte de emissão de luz (2), em comunicação óptica com (c) uma célula fotovoltaica (1) conectada eletricamente a dois elétrodos (3n, 3p) para estabelecer dois contatos elétricos com o referido tecido e assim formar um circuito de estimulação elétrica alimentado pela célula fotovoltaica (1), que é energizada pela radiação da fonte de emissão de luz (2), em que o dito involucro é fisicamente separado dos eletrodos; caracterizado pelo dito dispositivo compreender ainda: (d) uma fonte de emissão de luz de controle (13) emitindo uma luz quando ativada eletricamente, e (e) um sensor de emissão de luz (9) em comunicação óptica com a fonte (13) de emissão de luz de controle e acoplado a um processador programado para registrar os impulsos emitidos pela fonte de emissão de luz de controle, , e em que fonte de emissão de luz de controle (13) é localizada ou • no circuito de estimulação elétrica, em série com os elétrodos (3p, 3n) e a célula fotovoltaica (1), ou • em um circuito de controle separado do circuito de estimulação elétrica, em série com a célula fotovoltaica de controle (1C) que está em comunicação óptica com a mesma fonte (2) de emissão de luz que a célula fotovoltaica (1) do circuito de estimulação.

2. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fonte de impulsos elétricos (4) ser adequada para levar a fonte de emissão de luz a emitir impulsos calibrados de luz com uma duração compreendida entre 1 µs e 10 ms.

3. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela célula fotovoltaica (1), quando energizada pela fonte de emissão de luz (2), fornecer cargas compreendidas entre 0,01 e 50 µC, a uma tensão maior do que a tensão disponível a partir da fonte de impulsos elétricos (4).

4. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender uma das seguintes configurações: (a) O invólucro (20) contém também a fonte de emissão de luz (2), a célula fotovoltaica (1) e compreende conectores elétricos (8) adequados para conectar eletricamente a célula fotovoltaica (1) aos dois elétrodos (3p, 3n) para formar o circuito de estimulação elétrica; ou (b) O invólucro (20) contém também a fonte de emissão de luz (2) e está conectado a uma fibra óptica (7) para transmitir a luz emitida pela fonte de emissão de luz (2) para a célula fotovoltaica encerrada em uma caixa (30) com localização separada do invólucro (20) e adjacente aos elétrodos (3n, 3p); ou (c) O encapsulamento (30) encerra a célula fotovoltaica (1) e a fonte de emissão de luz (2), a qual está em contato elétrico com a fonte de impulsos elétricos contida no invólucro (20).

5. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda, • uma fonte de recuperação de emissão de luz (2R) em comunicação óptica com • uma célula fotovoltaica de recuperação (1R) conectada eletricamente aos dois elétrodos (3n, 3p) para estabelecer dois contatos elétricos com o referido tecido e assim formar um circuito de recuperação de carga elétrica em paralelo com o circuito de estimulação elétrica e alimentado pela célula fotovoltaica de recobramento (1), de tal modo que quando a célula fotovoltaica de recobramento (1R) é energizada pela fonte de recobramento de emissão de luz (2R), uma corrente (I1R) flui através do tecido em um sentido oposto à corrente (I1) fluindo no circuito de estimulação elétrica, de modo a remover qualquer carga eletroquímica induzida na interface elétrodo-tecido.

6. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda um circuito de bloqueio de DC compreendendo uma capacitância de segurança (5) colocada em série com a fonte de emissão de luz (2).

7. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a célula fotovoltaica (1) compreender um único circuito de diodo fotovoltaico (10) ou, alternativamente, compreender N circuitos de diodo fotovoltaico (10) dispostos em série para controlar a tensão da célula fotovoltaica (1), em que N ≥ 2.

8. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por ser na forma de um implante, concebido de tal modo que, pelo menos, os elétrodos (3n, 3p) podem ser implantados no tecido a ser estimulado eletricamente, um invólucro (20) contendo pelo menos a fonte de impulsos elétricos (4) pode ser implantado em uma localização remota do tecido a ser estimulado eletricamente.

9. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo tecido eletricamente excitável (Zbio) a ser alimentado com corrente elétrica ser selecionado a partir de (a) tecidos neurais e (b) tecidos musculares.

10. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser configurado para ser usado como um dispositivo implantável em uma ou mais das seguintes estimulações: (a1) Estimulação cerebral profunda para o tratamento da doença de Parkinson, epilepsia, depressão, transtorno obsessivo-compulsivo, distonia, tremor essencial, dor ou cegueira; (a2) Estimulação cerebral cortical para o tratamento da surdez, cegueira ou epilepsia; (a3) Estimulação da medula espinhal para o tratamento da dor, paraplegia, espasticidade, doença de Parkinson; (a4) Estimulação da raiz espinhal para o tratamento da dor, incontinência; (a5) Estimulações nervosas sensoriais, tais como a estimulação da cóclea para a surdez ou a estimulação do nervo óptico para a cegueira; (a6) Estimulação do nervo motor para o tratamento de paralisias de origem central, tais como a síndrome do pé caído, a estimulação do nervo frénico em doenças do aparelho respiratório, a estimulação do nervo hipoglosso em síndromes de apneia do sono; (a7) Estimulação do nervo sensorial para o tratamento da dor ou fornecer retorno háptico ou outras informações de modalidade sensorial, em pacientes com uma prótese; (a8) Estimulação do nervo vago para o tratamento da epilepsia, depressão, dor, síndromes inflamatórias, obesidade, insuficiência cardíaca; (b1) Estimulação muscular para o tratamento da escoliose, várias paralisias de origem periférica, insuficiências respiratórias, síndromes de apneia do sono; ou (b2) Estimulação do coração para o tratamento de arritmias cardíacas.

11. DISPOSITIVO DE ESTIMULAÇÃO OPTOELETRÔNICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser configurado para ser usado como um dispositivo extracorpóreo em uma ou mais das seguintes estimulações: (a) Diagnóstico de doenças nervosas e musculares, medindo latências de resposta, velocidades de condução, amplitudes de resposta, limiares de estimulação, curvas de recrutamento para respostas diretas e reflexivas nas seguintes estruturas: (i) Teste do nervo motor em que o estimulador ativa nervos motores ou mistos através da pele, enquanto a atividade muscular mecânica ou elétrica correspondente está sendo registrada, (ii) Teste do nervo sensorial em que o estimulador ativa nervos sensoriais através da pele, enquanto o potencial de ação composto do nervo resultante está sendo registrado, (iii) Estimulação transcutânea de nervos sensoriais ou mistos, enquanto se registra os potenciais evocados em vários pontos ao longo do caminho central até ao cérebro, (iv) Estimulação muscular direta transcutânea, enquanto a atividade muscular mecânica ou elétrica correspondente está sendo registrada, (b) Tratamento terapêutico por estimulação transcutânea de nervos ou músculos motores: (i) Em um tratamento protético para a paralisia ou paresia de origem central, por exemplo, no tratamento de uma 'síndrome do pé caído', (ii) Para manter o estado dos órgãos periféricos, enquanto estruturas neurais centrais paralisadas regeneram e a fim de evitar a espasticidade, escaras e outras complicações resultantes da imobilização, (iii)Para melhorar a força muscular em caso de enfraquecimento local ou assimetria, tais como na escoliose (iv) Em aplicações relacionadas com o fisiculturismo e aplicações de treinamento esportivo, (c) Tratamento terapêutico por estimulação transcutânea de nervos sensoriais ou regiões sensíveis: (i) Para reduzir a dor, (ii) Para apresentar a uma pessoa cega uma estimulação da pele modelada em um dispositivo de substituição sensorial, (iii) Para fornecer um sinal de aviso ou aferente em dispositivos para combater a sonolência.