MarcapassoMarcapasso

Érika Cota Luigi Carro Flávio Wagner

CMP502 - Sistemas EmbarcadosPorto Alegre, março 2003.

Sumário

• Aplicação

• Breve histórico

• Requisitos de projeto

• Requisitos de Confiabilidade

• Questões Atuais

Sistema Elétrico do Coração

Operação e Arritmias

AnimaçãoAnimação

• Bombeia 4.7 L de sangue por minuto• saudável: 60-100 batimentos compassados

por minuto

Bradicardia Marcapasso

Breve Histórico• 1950’s

– dispositivo externo, alimentação AC– 1957: baseado em transistores, bateria

Breve Histórico

Fonte OsciladorGerador de Pulso

Ponteiras Eletrodos

Taxa fixa

Breve Histórico• 1960’s

– primeiro implante– bateria de 12-18 meses– cirurgia menos invasiva– intervenção sob demanda

Esquemático

Eletrodoatrial

Atraso500ms

GateAtraso 120ms

Multi-vibrador2 ms

amplificador

Circuito saída

Eletrodoventricular

Sob demanda

Breve Histórico• 1970’s

– bateria de lítio-iodo substitui mercúrio-zinco– duração: +10 anos – encapsulamento de titânio reduz

interferências eletromagnéticas externas– dispositivos programáveis por RF– sensor e atuador programável para átrio e

ventrículo

Marcapasso Programável

Marcapasso ASIC - 1979

Breve Histórico• 1980’s

– ponteiras com emissão de esteróides– dispositivo com sensor de movimento

para ajuste automático

• 1990’s– metade do tamanho original– mode-switching = micro-processador– detecta taquicardias e bradicardias– armazenamento de informações extras

Esquemático (1996)

Marcapasso CI - 1988

Implementações

• 3 CIs

• Processadores de 8 bits (ARM, ASIPs)

• Algoritmos de controle – fuzzy logic para baixa potência– ASIC

• filtros a capacitores chaveados

• gerador de pulso low-power

• ROM de 4 kbytes

• RAM de 2 kbytes

Chip com 3 CIs

Dimensões

500 mil dispositivos/ano

Exemplo

• Medtronic Kappa® 900 and 700 Series Dual-Chamber, Rate-Responsive Models

• Approximate Dimensions:- Height: 1 3/4 to 2 inches (45-50 mm) - Length: 1 3/4 to 2 inches (43-52 mm) - Width: 1/3 inch (8 mm)

•Battery: - 6 to 9 years for most of these models. - 5 to 6 years for the KDR 921.

Requisitos de Projeto Físico

• Corrente de Dreno– 20 A

• Voltagem– 2.8V (BOL) - 1.8V (EOL)

• Temperatura– 37oC +/- 2 (full specs), 10-50oC

• Impacto– ~ queda de 1,5 metros

Único Chip

Aquisição dados

Interfacesensor

PLA

datapath

processador

telemetria

Logica de controle

SRAM

Memoria de

programa

Único Chip• CMOS 0.35

• clock frequency: 32 kHz

• supply voltage : 2.5 V

• power consumption : 30 µW (7 anos de bateria)

• Sensor :– accelerometer (from 10 milli-g to 2 g )– switched-capacitor low-pass filter (0.7 Hz cutoff) – power 500 Nw

• Micro-processador– 8 bits

• Aquisição: A/D algoritmico, 8 bits

Requisitos de Projeto

• Circuito misto– micro-mecânico: sensores– analógico: gerador de pulso, capacitores...– Digital: micro-processador programável,

memórias– RF: antena para programação– software

• Baixa Potência

• Alta confiabilidade

• tempo real

Requisitos Confiabilidade

• <10 FIT em 10 anos de vida útil

• efeitos eletromagnéticos

• efeitos de radiação

• power failure

• temporização

• falhas CMOS

• erro de programação

• algoritmos de controle

Questões Atuais

• Mais processamento X menos potência

• memórias

• transmissão em tempo real