Conception et optimisation de système multi-électrodes pour les implants cardiaques

Multi-electrode system design and optimization for cardiac implants

• Auteur / Autrice : Islam Seoudi
• Direction : Amara Amara, Karima Amara
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance le 05/06/2012
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Jury : Président / Présidente : Christian Piguet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lirida Alves de Barros Naviner, Alain Ripart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Belleville, Jean-Michel Portal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stimulateurs cardiaques

MOS (électronique)

Cardiologie

Mots clés libres

Mémoires non volatiles

Non volatile memories

Résumé

Les implants cardiaques tels que les défibrillateurs implantables sont des appareils permettant de sauver la vie dans le cas de troubles de l’arythmie cardiaque soudaine. Tandis que dans le cas des attaques cardiaques, les implants CRT sont utilisés pour rétablir la cadence de la contraction cardiaque. De tels traitements consistent en l’application de stimulations locales au tissue cardiaque via des électrodes se trouvant dans les sondes de stimulation. Ces dernières se présentent soit dans une configuration unipolaire ou bipolaire qui ont prouvé leur efficacité pour stimuler le ventricule droit et l’oreillette droite ; des études ont montré l’efficacité de la sonde multi-électrode dans la stimulation du ventricule gauche indispensable pour la resynchronisation cardiaque. Cette thèse traite de la conception et l’optimisation d’un système multi-électrodes capable d’éviter les limitations et les contraintes liées à la stimulation du ventricule gauche. Tout d’abord, une réalisation de ce système cette est présentée et fabriqué dans une technologie 0.18 µm. Le circuit a également un protocole de communication spécifique. Il permet une opération basse consommation et une configuration rapide. Ensuite, la conception et la réalisation d’une unité de configuration par défaut est présentée. Cette unité assure la compatibilité de notre sonde avec les stimulateurs cardiaques du marché. Finalement, une étude pour l’adaptation et l’intégration des technologies mémoire non-volatile dans la sonde est présentée. De telles technologies améliorent considérablement le système en évitant le besoin de reconfiguration des sondes et en conséquence réduire la latence et la consommation.

Cardiac implants like ICD are life saving devices for cardiac arrhythmias. In other conditions like heart failure, CRT implants are prescribed to restore the heart rhythm. Such treatment consists of the delivery of electrical stimuli to the cardiac tissue via electrodes in the stimulation lead. Conventionally the stimulation lead come either in unipolar or bipolar configuration which have been found to be sufficient for pacing the right atrium and right ventricle, studies have shown the benefits of a multi-electrode system for pacing left ventricle essential for cardiac resynchronization. This thesis discusses the design and optimization of a multi-electrode system capable of alleviating the limitations and constraints related to left ventricular stimulation. We first present implementation of such system that was taped out in 0.18 µm technology. The chip also features a specially designed communication protocol which enables low power operation and quick configuration. Thereafter we present the design and implementation of a default connection unit to ensure the compatibility of our multi-electrode lead with in the market. This unit was taped out in 0.18 µm technology. Finally we present a proof of concept study for the adaptation and integration of non-volatile memory technologies within the multi-electrode system. The employment of such technologies enhanced our multi-electrode system by eliminating the repetitive configuration of electrodes, thereby saving power and reducing latency. This also included smaller area and compatibility with any pacemaker in the market. Through simulations we proved the feasibility of these technologies for our implant applications.