Marcapasso
Érika Cota
Luigi Carro
Flávio Wagner
CMP502 - Sistemas Embarcados
Porto Alegre, março 2003.
Sumário
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Aplicação
Breve histórico
Requisitos de projeto
Requisitos de Confiabilidade
Questões Atuais
Sistema Elétrico do Coração
Operação e Arritmias
• 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
Fonte
Oscilador
Gerador
de Pulso
Ponteiras
Eletrodos
Breve Histórico
• 1960’s
– primeiro implante
– bateria de 12-18 meses
– cirurgia menos invasiva
– intervenção sob demanda
Esquemático
Sob demanda
Eletrodo
atrial
amplificador
Atraso
500ms
Gate
Atraso
120ms
Multi-vibrador
2 ms
Circuito
saída
Eletrodo
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
– 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
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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
Aquisição
dados
PLA
Interface
sensor
Logica de
controle
datapath
telemetria
SRAM
Memoria
de
programa
Único Chip
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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
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<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