Methodology, design, and implementation of a cardiac pacemaker prototype using a commercial low power microcontroller

Abstract

Cardiac pacemakers are medical devices widely used to treat heart diseases. Mod- ern pacemakers are ultra low power embedded systems with programmable function- alities, which include acquisition of heart signals samples and statistical histograms of paced, sensed and other events. This programmability is commonly offered by an internal custom-designed processor for the application. These custom-designed processors increase product cost and time to market. Research on pacemakers has been limited because of the lack of information available in open technical literature. This thesis presents a pacing system implemented in a general purpose low power microcontroller, the msp430f1611. Furthermore, a methodology for the development of the whole pacing system, including software flowcharts and control software source code is presented. Techniques to achieve low power consumption by the software are offered. The software consumes a maximum of 10 μA, with a typical value of 5 μA.

Los marcapasos son dispositivos médicos usados ampliamente en el tratamiento de enfermedades cardiacas. Los marcapasos actuales son sistemas empotrados con ultra baja potencia y con funcionalidades programables. Algunas de estas funciones incluyen adquisición de muestras de la señal cardiaca e histogramas estadísticos de eventos específicos de la unidad. Esta programación es típicamente implementada por un procesador diseñado específicamente para esta aplicación en particular. Este procesador aumenta el costo del producto y el tiempo para salir al mercado. La investigación dentro del campo de marcapasos ha estado limitada debido a la falta de disponibilidad de documentos técnicos para el público en general. Esta tesis presenta un sistema de marcapasos implementado en un microcontrolador comercial, el msp430f1611. También se presenta una metodología para desarrollar todo el sistema, incluyendo flujogramas del programa y el código del mismo en lenguaje de ensamblador. Algunas técnicas son ofrecidas para alcanzar bajo consumo de potencia al ejecutar el programa. El programa consume 10 μA máximo, con un consumo típico de 5 μA.