Nieuws

Ing. Paul Visser (1959), manager soften hardware eerste digitale pacemaker

Het Arnhemse Vitatron heeft in mei 2003 als eerste ter wereld een digitale pacemaker op de markt gebracht. Inmiddels is dit instrumentje ter grootte van een zilveren rijksdaalder bij zo’n tienduizend mensen geïmplanteerd. Vitatron heeft bijna zes jaar aan de ontwikkeling van deze hartstimulator gewerkt. ‘Het mooiste moment van het hele project was toen in januari 2003 de nieuwe pacemaker bij de eerste patiënt werd geïmplanteerd’, zegt ing. Paul Visser, manager harden software bij de ontwikkeling van deze pacemaker.

Hét voordeel van digitale ten opzichte van analoge signaalverwerking is dat er meer analyses kunnen worden uitgevoerd op het natuurlijke lichaamssignaal dat het hart aanstuurt. Een pacemaker is namelijk niet alleen een actuator – signaalafgever – maar ook een sensor. Een conventionele pacemaker doet niet meer dan vaststellen óf er een (zwak) signaal is, en geeft vervolgens een sterker signaal af. Een digitale pacemaker digitaliseert het lichaamssignaal en analyseert dat. Het stelt bijvoorbeeld vast of er secundaire signalen optreden die het hartritme kunnen verstoren. Daarmee wordt rekening gehouden bij het af te geven kunstmatige signaal aan het hart. ‘Dat maakt fijnere afstemming mogelijk’, aldus Visser.

De nieuwe pacemaker van Vitatron is overigens niet volledig digitaal. De elektronica van een pacemaker bestaat uit drie delen: een sensing-, een pacingen een besturingsgedeelte, ondergebracht op één chip. Het besturingsgedeelte, waarmee een arts met behulp van een programmeerapparaat in het ziekenhuis via draadloze telemetrie de pacemaker instelt, is al sinds 1981 digitaal. Daarmee was Vitatron ook de eerste. In de nieuwe pacemaker is nu voor het eerst ook het sensing-gedeelte digitaal.

‘Het pacing-gedeelte is en blijft analoog’, aldus Visser. Het pace-signaal moet immers zoveel mogelijk overeenkomen met het natuurlijke analoge signaal dat het hartritme bepaalt.

Het project bestond uit twee delen: het realiseren van een platform voor ontwikkeling van digitale pacemakers, én de ontwikkeling van een eerste toepassing – een digitale pacemaker. Totaal zijn er meer dan vierhonderd manjaren in gestoken. Op topdagen waren er ruim 160 van totaal 230 medewerkers van Vitatron bij betrokken. In normale

tijden hanteert Vitatron een matrix-organisatie met aan de ene kant functionele afdelingen en aan de andere kant projectgroepen, maar de laatste anderhalf jaar van dit project bestond de organisatie alleen nog maar uit één grote projectgroep.

‘Het project heeft een hele zware wissel op de organisatie getrokken’, aldus Visser. Het halen van elke milestone is daarom gevierd om de motivatie op peil te houden. Dat was met name van belang in tijden dat het einddoel nog lang niet in zicht was. Er werden pennensets en fleece jacks uitgedeeld, en klokjes met een downcounter, die het aantal dagen telden tot het eind van het project. ‘Dat waren toen nog honderden dagen en dat is ook nog enkele keren bijgesteld. Enkele keren hebben we ook groots uitgepakt, met barbecues en een band erbij.’

In de loop van het project blijkt de bestaande technische hartsimulator verouderd. Om een digitale pacemaker te kunnen ontwikkelen is een hartsimulator nodig die signalen met verschillende golfvormen genereert. De bestaande simulator doet dat niet. ‘De ontwikkeling van een nieuwe hartsimulator kost dertig manjaar. Dat is voor veel bedrijven al een fors project, maar bij ons kwam dat er onverwacht zomaar even bij.’

De wereld van de pacemakers draait om low power, low voltage. De sterkste stromen bedragen enkele micro-ampères, de laagste nano-ampères. De uitgangsspanning is standaard 4 Volt. De pacemaker heeft een lithium-iodide batterij als voeding. Het hele systeem moet zo’n acht jaar meegaan. Digitalisering van het sensing-gedeelte van de pacemaker werd pas mogelijk toen de afgelopen jaren de techniek voor een digitale signaalprocessor (dsp) met zeer laag energiegebruik beschikbaar kwam. Visser: ‘Het integreren van deze dsp in het lage stroomverbruik van de pacemaker was een van de moeilijkste onderdelen van het project.’ Het ontwikkelen van de dsp-chip heeft zeer veel tijd gekost. Die is bij Vitatron eerst in software gesimuleerd en vervolgens bij een chipsproducent in silicium gebakken. Dat gebeurt op wafers waar de chips worden uitgezaagd. Er zijn dan meteen tientallen dsp-chips beschikbaar. Zo’n stel chips heet een fracture (vanwege het uitzagen uit de wafer). Het maken van zo’n fracture – van software tot silicium kost acht à twaalf weken. Visser: ‘De ic’s uit de eerste fracture werkten al redelijk, en de derde fracture was heel aardig, maar de chips uit de zevende fracture waren pas van implanteerbare kwaliteit.’

Gangbare digitale elektronica, zoals die van pc’s, is voorzien van één klok om het schakelen van poorten te synchroniseren. Het schakelen van ‘0’ naar ‘1’ en andersom veroorzaakt echter gedurende zeer korte tijd een kortsluiting die het energiegebruik opjaagt. Om die reden is de dsp van de digitale pacema ker opgedeeld in dertien klokdomeinen. Daarmee wordt bereikt dat alleen die poorten schakelen waarvan dat strikt noodzakelijk is. Dat beperkt het stroomverbruik in hoge mate.

Al in de loop van het project werd duidelijk dat men gigantisch uit de tijdsplanning ging lopen. Visser: ‘Ik heb nooit getwijfeld aan de kennis en kunde van onze mensen, maar wel of we het zouden halen in de afgesproken tijd. Alles was nieuw: de elektronica, de software, de mechanica en de gereedschappen waarmee we moesten werken. Eigenlijk hadden wij anderhalf jaar eerder klaar willen zijn.’

Deel deze pagina

Maritiem Nederland

Maritiem Nederland is een magazine, website en nieuwsbrief met alle relevante en interessante ontwikkelingen binnen het maritieme cluster. Met interviews, opmerkelijke reportages, portretten en columns.
Meer informatie over Maritiem Nederland

Damen

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu GRATIS 2 proefnummers TW

Ontvang de nieuwsbrief, binnenkort 2 keer per week!

Meld je nu aan!

Vision & Robotics

Vision & Robotics is hét onafhankelijke vakblad voor machinebouwers, system integrators en eindgebruikers van productielijnen in de maak- en agro-/foodindustrie. 

Graag meer lezen over onderwerpen zoals robotica, sensoren, kunstmatige intellegentie en nog veel meer klik hier

Vision & Robotics heeft ook een nieuwsbrief! klik hier om je in te schrijven.

TW online gratis voor jongeren

TW Investeert in technisch onderwijs

Leerlingen tot 18 jaar lezen gratis TW. Meld je aan en ontvang 23 online edities per jaar geheel gratis!

Naar boven