Marcapasso Érika Cota Luigi Carro Flávio Wagner CMP502 - Sistemas Embarcados Porto Alegre, março 2003.
Sumário Aplicação Breve histórico Requisitos de projeto Requisitos de Confiabilidade Questões Atuais
Sistema Elétrico do Coração
Operação e Arritmias Animação Bombeia 4.7 L de sangue por minuto saudável: 60-100 batimentos compassados por minuto Animação Bradicardia Marcapasso
Breve Histórico 1950’s dispositivo externo, alimentação AC 1957: baseado em transistores, bateria
Breve Histórico Taxa fixa Ponteiras Fonte Oscilador Gerador de Pulso Eletrodos
Breve Histórico 1960’s primeiro implante bateria de 12-18 meses cirurgia menos invasiva intervenção sob demanda
Esquemático Sob demanda Eletrodo atrial Atraso 500ms Gate 120ms Multi-vibrador 2 ms amplificador Circuito saída ventricular
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 1990’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 processador PLA Memoria de programa Logica de controle Aquisição dados processador PLA Memoria de programa Logica de controle Interface sensor datapath telemetria SRAM
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 Baixa Potência 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