Conception d'un système de communication à faible consommation pour la synchronisation de pacemakers sans fils

Design of an ultra-low-power communication system for leadless pacemaker synchronization

• Auteur / Autrice : Mirko Maldari
• Direction : Patricia Desgreys, Chadi Jabbour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Information, communications, électronique: électronique et optoélectronique
• Date : Soutenance le 29/05/2020
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Sandro Carrara
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patricia Desgreys, Chadi Jabbour, Noëlle Lewis, Pierre-Yves Joubert, Youcef Haddab, Philippe Ritter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Noëlle Lewis, Pierre-Yves Joubert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de communication sans fil en médecine

Stimulateurs cardiaques

Mots clés libres

In-body communication

IBC

HBC

LCP, Pacemaker sans sonde

Conception ultra basse consommation

In-body communication

IBC, Intra body communication

HBC, Human body communication

LCP, Leadless cardiac pacemaker

Ultra-low-power design

Résumé

L’objectif de nos études était de proposer des solutions optimisées pour la communication entre pacemakers sans sondes (LCP en Anglais) afin de permettre la synchronisation de la thérapie entre dispositifs implantés dans des chambres cardiaques différentes. L’Intra-Body Communication (IBC) est considérée comme une solution prometteuse. Il s’agit d’une communication qui utilise les tissue biologiques comme moyen de transmission. Les atténuations des canaux de communication ont été caractérisé en utilisant un model de thorax vérifié grâce à des essais in vivo. Un récepteur à très faible consommation a été conçu en technologie CMOS avec une sensitivité qui respecte les niveaux des signaux issus de la caractérisation du canal intra-cardiaque. Afin de minimiser la consommation du récepteur et, en conséquence, réduire l’impacte du circuit en termes de longévité du dispositif, une stratégie innovante de communication a été proposée. Les résultats de recherche démontrent la faisabilité d’une synchronisation entre LCPs fondée sur télémétrie, ouvrant la voie à la réalisation de systèmes multi-dispositifs pour améliorer la qualité du traitement de patients qui souffrent de bradycardie. Ce travail fait partie du projet WiBEC, un projet multidisciplinaire qui vise à concevoir des technologies sans fils pour des dispositifs implantables.

Our research focused on power optimized solutions for the communication between Leadless Cardiac Pacemakers (LCP) to allow a synchronized therapy among devices implanted in different cardiac chambers. A promising solution is the Intra-Body Communication (IBC), which uses biological tissues as transmission medium. The attenuation of the communication channels were characterized using an accurate torso model that has been verified by means of in-vivo experiments. An ultra-low power receiver has been designed in CMOS technology according to the sensitivity requirement coming from the intra-cardiac channel characterization. Moreover, a novel communication strategy has been proposed to minimize the power consumption of the receiver reducing the impact in terms of device longevity. The research results show the feasibility of a telemetry driven synchronization of LCPs, paving the way toward multiple-leadless pacemaker systems that might improve the quality of treatment of the bradycardia patients. This work was part of the WiBEC project. It is a multi-disciplinary project aiming to develop the wireless technologies for novel implantable devices.