Pieter Edelman
7 September 2007

Begin vorige maand implanteerden respectievelijk Duitse en Italiaanse artsen de twee nieuwe Reveal-hartsensoren van medisch technologiegigant Medtronic bij een patiënt. Het was een mijlpaal voor de ruim 200 werknemers van het Arnhemse Medtronic Subcutaneous Diagnostics and Monitoring (SQDM). Sinds zijn ontstaan in 1956 maakt het bedrijf pacemakers onder de naam Vitatron.

Met de nieuwe sensoren legt de Medtronic-dochter zich voor het eerst toe op implanteerbare sensoren. ’Of liever: insertable sensoren‘, legt R&D-directeur bij Medtronic SQDM Harry Berghuis uit. De apparaatjes ter grootte van een USB-stick zijn namelijk met een eenvoudige ingreep vlak onder de huid in te brengen. Er hoeven geen draden naar het hart getrokken te worden en binnen een kwartier is alles gebeurd. ’Dit soort minimaal invasieve sensoren is onze nieuwe focus‘, zegt Berghuis.

Beide Reveal-sensoren zijn bedoeld voor het langdurig monitoren van hartritmestoornissen via een elektrocardiogram. Deze komen vaak onregelmatig voor en als de patiënt bij de dokter komt is er meestal niets te zien. Een goede diagnose is daarom moeilijk, zodat het nodig is over een lange periode te meten. De Gelderse apparaatjes hebben elektrodes op beide uiteinden om het elektrische signaal te registreren. Het sterkste signaal, veroorzaakt door het samentrekken van de ventrikels (zie kader), filteren ze eruit. Het interval tussen de pieken gebruiken ze als de belangrijkste parameter voor hun analyses. De Reveal DX richt zich op syncope, een aandoening waarbij de patiënt sporadisch flauwvalt. Een hartprobleem kan de oorzaak zijn. De Reveal XT is bedoeld voor patiënten die leiden aan boezemfibrilleren. Een deel van het hart pompt dan niet goed (zie onder).

De apparaatjes hebben een beperkt SRam-geheugen van 512 kilobyte. ’De sensoren moeten absoluut betrouwbaar zijn. Daarom werken we alleen met proven technology‘, legt Berghuis uit. Voor de ontwerpers is het dus zaak om zuinig met de beschikbare geheugenruimte om te springen. De Reveal slaat de data eerst op in een tijdelijke buffer. Om de gegevens permanent op te slaan, moet het apparaat beslissen dat er een onregelmatigheid is, of moet de patiënt de sensor activeren door een draagbaar apparaatje tegen zijn borst te houden. In het geval van automatische activering wordt het ecg dertig seconden voor en dertig seconden na de verstoring opgeslagen. Bij handmatige activering slaat de Reveal in totaal 7,5 minuten op: 6,5 minuten voor en een na de activering. ’Vaak kan een patiënt pas na een paar minuten reageren als hij bijvoorbeeld is flauwgevallen‘, legt Berghuis uit.

 advertorial 

System engineering @ ASML, practices and challenges

During the first online session of the System Architecting Conference, on 25 January, Frank de Lange and Tom Castenmiller (ASML) will address the role of systems engineering and discuss the essences of the roadmapping process, the holistic system design and the product generation process. Register now for free.

Wat precies een onregelmatigheid is, kan de arts via een programmer in het ziekenhuis draadloos instellen. Hiermee is de sensor ook uit te lezen. Ook de drager kan in beperkte mate zijn sensor uitlezen met hetzelfde apparaatje waarmee hij de meting activeert. De enige informatie die de patiënt echter te zien krijgt is of het tijd is om de dokter te bellen.

vitatron

De Reveal is met een kleine ingreep eenvoudig onder de huid te schuiven en kan tot drie jaar lang informatie verzamelen over het hartritme.

De Reveals gaan drie jaar mee. De ontwerpers moeten dus zeer zuinig met het beschikbare energiebudget omspringen. Daarom implementeren ze zo veel mogelijk in hardware en ontwerpen ze veelal eigen IC‘s. Ook ontwikkelde Medtronic een eigen protocol voor de draadloze communicatie met zijn implantaten. Dat werkt zuiniger dan de standaard oplossingen.

Hartslag

Vitatron begon in Dieren als zelfstandig ontwikkelaar van pacemakers. In 1986 nam het Amerikaanse Medtronic het bedrijf over. Ondanks de overname gingen de Nederlanders aanvankelijk als zelfstandige dochter verder met het bouwen van pacemakers. De markt voor pacemakers groeit echter niet meer zo hard als weleer. Tegelijkertijd zag Medtronic zijn eerste generatie Reveal-sensoren een hoge vlucht nemen, maar miste het een afdeling die zich daar volledig op kon richten. Daarom besloten de Amerikanen dat de verdere ontwikkeling hiervan een mooie taak was voor de Nederlandse club. Begin vorig jaar ging het roer om bij Vitatron en werd het omgedoopt tot Medtronic SQDM. In Arnhem blijven ze wel aan pacemakers werken, maar de focus verschuift naar minimaal invasieve monitoringsystemen.

De upgrade van de Reveal is pas de eerste stap voor de Arnhemse ontwerpers. Plannen zijn er te over. Berghuis kan al een model tonen met een geïntegreerde 3D-accelerometer, in eerste instantie bedoeld om te detecteren of de drager valt. Dat kan op een syncopeaanval duiden en die gegevens kunnen helpen bij de diagnose. ’Maar als je eenmaal zo‘n 3D-accelerometer hebt, kun je daar allerlei andere dingen mee doen‘, vertelt de R&D-directeur. Zo is ook mechanisch de hartslag te meten. Dit is handig als het elektrische signaal onder de detectiegrens valt; soms verschuift de oriëntatie van de sensor of het hart iets als de patiënt bijvoorbeeld gaat liggen. En het handmatig activeren zou bijvoorbeeld ook kunnen met een paar meppen tegen de sensor. Dan hoeven de dragers geen apart apparaatje meer bij zich te hebben. Maar er zijn ook minder voor de hand liggende toepassingen. ’Patiënten die pijn lijden, zijn vaak onrustige slapers‘, vertelt Berghuis. Met de accelerometer kun je de activiteit van de persoon in kwestie tijdens het slapen gaan bijhouden. Dat vertelt de arts weer wat over het ziektebeeld.

Ook werkt de Arnhemse vestiging aan een sensor voor elektrische impedantie op de Reveal. Naast hartslag en ademhaling is daarmee over een langere periode te meten of de patiënt vocht vasthoudt – ook weer een maat voor hartfalen. Ook is de Medtronic-dochter bezig om extra elektrodes aan te brengen op de Reveal, zodat het apparaat altijd het sterkste ecg-signaal kan pakken.

De volgende stap is verdere miniaturisatie, zodat de Reveal in de toekomst via een injectie is in te brengen. De elektronica is al bijna zo ver, maar de ontwerpers weten nog niet goed welke vorm een dergelijke sensor moet hebben. Als de twee meetelektrodes te dicht bij elkaar liggen, is het voltageverschil te klein om een duidelijk signaal te meten. En natuurlijk moet de sensor zo comfortabel mogelijk zijn voor de patiënt.

Om de markt te ontwikkelen, is het echter vooral nodig om de artsen mee te krijgen. Door het plaatsingsgemak zijn er al meer medici die de Reveal kunnen gebruiken, maar voor het uitlezen is nog steeds een speciale programmer nodig. Daarom sleutelen de technici in Arnhem aan een nieuwe pc-gebaseerde programmer met een draagbaar interfacekastje. Dat is een stuk goedkoper om in groten getale te plaatsen in ziekenhuizen. In eerste instantie is het nieuwe apparaatje alleen bedoeld voor de Reveal. ’Maar we denken dat meer businessunits binnen Medtronic het gaan gebruiken als het eenmaal af is‘, zegt Berghuis.