Marcapasso

1
Marcapasso

• Érika Cota Luigi Carro Flávio Wagner
• CMP502 - Sistemas Embarcados
• Porto Alegre, março 2003.

2
Sumário

• Aplicação
• Breve histórico
• Requisitos de projeto
• Requisitos de Confiabilidade
• Questões Atuais

3
Sistema Elétrico do Coração
4
Operação e Arritmias

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

Animação
Bradicardia
Marcapasso
5
Breve Histórico

• 1950s
• dispositivo externo, alimentação AC
• 1957 baseado em transistores, bateria

6
Breve Histórico
Taxa fixa
Ponteiras
Fonte
Oscilador
Gerador de Pulso
Eletrodos
7
Breve Histórico

• 1960s
• primeiro implante
• bateria de 12-18 meses
• cirurgia menos invasiva
• intervenção sob demanda

8
Esquemático
Sob demanda
9
Breve Histórico

• 1970s
• 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

10
Marcapasso Programável
11
Marcapasso ASIC - 1979
12
Breve Histórico

• 1980s
• ponteiras com emissão de esteróides
• dispositivo com sensor de movimento para ajuste
  automático
• 1990s
• metade do tamanho original
• mode-switching micro-processador
• detecta taquicardias e bradicardias
• armazenamento de informações extras

13
Esquemático (1996)
14
Marcapasso CI - 1988
15
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

16
Chip com 3 CIs
17
Dimensões
500 mil dispositivos/ano
18
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.

19
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

20
Único Chip
Aquisição dados
?processador
PLA
Memoria de programa
Logica de controle
Interface sensor
datapath
telemetria
SRAM
21
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

22
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

23
Requisitos Confiabilidade

• lt10 FIT em 10 anos de vida útil
• efeitos eletromagnéticos
• efeitos de radiação
• power failure
• temporização
• falhas CMOS
• erro de programação
• algoritmos de controle

24
Questões Atuais

• Mais processamento X menos potência
• memórias
• transmissão em tempo real